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1、第三章 发酵液预处理与固液分离 1.加水稀释法（稀释后要过滤速率提高的百分比要大于加水量）1.降低液体黏度 2.加热法 2.调整 PH（如利用蛋白质的等电点）3.凝聚：在电解质作用下，由于胶粒之间双电层电排斥作用降低，电位下降，而使胶体体系不稳定的现象。过滤特性改变 凝聚值越小，凝聚能力就越强 絮凝：在有些高分子絮凝剂存在下，基于桥架作用，使胶粒形成较大絮凝团的过程。混凝：包括上述两种方法。4.加入助滤剂（最常见的是硅藻土）5.加入反应剂 1.Ca2+:加草酸钠 除杂 Mg2+:加三聚磷酸钠 C a2+：加黄血盐 1.沉淀法 2.杂蛋白的除去：2.变性法（有加热法，调 PH，加酒精，丙酮等有机
2、溶剂或表面活性剂等。）3.吸附法 (加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白而除去)1.离心 公式：Q=v2Z gdvLS18)(2 固液分离手段 ctgrrgnZ)(323132 2.过滤（1）板框过滤机（适合固体含量在的悬浮液的分离）（）真空转鼓过滤机（适合固体含量大于）（）硅藻土过滤机 （适合固体含量小于）第五章 细胞破壁 细胞破壁 破壁方法：（）珠磨法 原理：进入珠磨机的细胞悬浮液与极细的玻璃小珠，石英砂，氧化铝等研磨剂一起快速搅拌或研磨，研磨剂，珠子与细胞之间的互相剪切，碰撞，使细胞破碎。（2）高压匀浆法 原理：利用高压使细胞悬浮液通过针形阀，由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破碎。是大规模
3、细胞破碎的常用方法。（3）超声破碎法（适合实验室用）（4）酶溶法 1.外加酶法 2.自溶法 （1）加热法 （2）干燥法 （5）化学渗透法 2.破碎率的测定（1）直接测定法 破碎前利用显微镜计数器直接计数 破碎后用染色的方法把破碎的细胞与未受损 的细胞分开。即可直接计算破碎率。（2）目的产物测定法 通过测定破碎液中目的产物的释放量 来估算破碎率。（3）导电率测定法 根据导电率随着破碎率的增加而呈线性增加 第五章溶剂萃取与浸取 一、溶剂萃取过程的理论基础：是把目标物质从第一个液相中依靠更强大的溶解力抽提到第二个液相中。如把水相中的醋酸抽提到醋乙酯中。1萃取溶剂的选择 根据萃取目标产物的介电常数，寻
4、找极性相接近的溶剂为萃取溶剂。好的溶剂应满足以下要求：萃取容量大，单位体积萃取溶剂能萃取大量产物；选择性好，只萃取产物而不萃取杂物；有利于相的分散和两相分离，与被萃取相互溶度小，且粘度小，界面传力小 易回收和再生；化学致定性好，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，对人体无毒或低毒。整如利用蛋白质的等电点凝聚在电解质作用下由于胶粒之间双电层电排斥作用降低电位下降而使胶体体系不稳定的现象过滤特性改变凝聚值越小凝聚能力就越强絮凝在有些高分子絮凝剂存在下基于桥架作用使胶粒形成较大絮凝团的杂蛋白的除去变性法有加热法调加酒精丙等有机溶剂或表面活性剂等吸附法加入某些吸附剂或沉淀剂
5、吸附杂蛋白而除去离心公式固液分离手段过滤板框过滤机适合固体含量在的悬浮液的分离真空转鼓过滤机适合固体含量大于硅藻土珠石英砂氧化铝等研磨剂一起快速搅拌或研磨研磨剂珠子与细胞之间的互相剪切碰撞使细胞破碎高压匀浆法原理利用高压使细胞悬浮液通过针形阀由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破碎是大规模细胞破碎的常用方法超声破碎法二分配定律和分离因数 1）分离因数 若原来料液中除溶质 A 以外，还有溶质 B，则萃取剂对溶质 A、B 的分离能力可用分离因数（B）来表征：平衡后：1 萃取液，2 萃余液 B=（c1A/c1B）/(c2A/c2B)=(c1A/c2A)/(c1B/c2B)=kA/kB 若 A 为产物，
6、B 为杂质 B=k产/k杂 B 越偏离于 1，产物与杂质越容易分离。三、水相条件对萃取的影响 1）PH 值 k 表观分配系数 产物的稳定性 选择性 B=k产/k杂 2）温度 产物稳定性 k 3）盐析无机盐类（硫酸铵、氯化钠等）一般可降低产物在水中的溶解度而使其更易转入有机溶剂相中，另一方面还能减小有机溶剂在水相的溶解度。如提取 VB12时，加入（NHa）2so4可促其自水转到有机相。但盐的用量要适宜，防止促杂质一起转至有机相，还要考试成本，必要时可回收。4）带溶剂能和产物形成复合物，使产物更易溶于有机相中，且该复合物在一定条件下又容易分解。四、乳化和去乳化 1、乳化 1）乳化一种液体（分散相）
7、分散在另一种不相混溶的液（连续相）体中的现象。有两种形式：水包油 O/W、W/O。在乳浊液中，界面积大，物系的自由能大，故为热力学不稳定系统，时间一长，乳浊液会自行破坏。2）稳定的措施：加入表面活性剂，降低表面传力。影响稳定的因素：表面活性剂在界面上形成的保护膜的情况。整如利用蛋白质的等电点凝聚在电解质作用下由于胶粒之间双电层电排斥作用降低电位下降而使胶体体系不稳定的现象过滤特性改变凝聚值越小凝聚能力就越强絮凝在有些高分子絮凝剂存在下基于桥架作用使胶粒形成较大絮凝团的杂蛋白的除去变性法有加热法调加酒精丙等有机溶剂或表面活性剂等吸附法加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白而除去离心公式固液分离手段过滤
8、板框过滤机适合固体含量在的悬浮液的分离真空转鼓过滤机适合固体含量大于硅藻土珠石英砂氧化铝等研磨剂一起快速搅拌或研磨研磨剂珠子与细胞之间的互相剪切碰撞使细胞破碎高压匀浆法原理利用高压使细胞悬浮液通过针形阀由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破碎是大规模细胞破碎的常用方法超声破碎法液滴是否带电（带电、同性互斥，稳）介质的粘度（粘大，不易聚集，稳）3）乳化给萃取带来的不良影响 有机相与水相分层困难，出现两种夹带 水相中夹有有机相产物的丢失 有机相中夹有水相后续精制困难 2、破乳化 工业生产中，自量物系中的一些物质会成为表面活性剂，使乳化液较稳定。如在发酵液中，蛋白质就成为表面活性剂，且多形成 O/W
9、乳化液。破乳方法：过滤或离心分离 物理法（加电解质中和离子型乳浊液的电荷）物理法（加热、稀释、吸附等）顶替法：加入表面活性更大，但因其碳链较短难以形成坚固的保护膜的物质，取代界面上的乳化剂。转型法：向 O/W 中加入亲油性乳化剂，有转化成 W/O 倾向，又不稳定，而破乳。第二节 浸取 一、浸取过程 1过程 浸取过程系指出溶媒进入细胞组织溶解、浸取目的产物后，变成浸取液的全部过程。1）浸油：材料与浸取溶剂混合时，溶剂首先附着于材料表面使之润湿，然后通过毛细管和细胞间隙进入细胞组织中。2）溶解：溶剂进入组织后，溶解可溶性成分。3）扩散：溶剂溶解目的产物后，具有较高的浓度，故即形成扩散点，不停地向周
10、围扩散，这是浸取的动力。4）置换：浸取的关键在于保持最大的浓度梯度。用浸取溶剂随时置换材料周围的浓浸取液，是掌握浸出过程和设计浸出器械的关键问题。二、溶剂的选择 1）原则：“相似相溶”原理。2）良好溶剂要求：整如利用蛋白质的等电点凝聚在电解质作用下由于胶粒之间双电层电排斥作用降低电位下降而使胶体体系不稳定的现象过滤特性改变凝聚值越小凝聚能力就越强絮凝在有些高分子絮凝剂存在下基于桥架作用使胶粒形成较大絮凝团的杂蛋白的除去变性法有加热法调加酒精丙等有机溶剂或表面活性剂等吸附法加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白而除去离心公式固液分离手段过滤板框过滤机适合固体含量在的悬浮液的分离真空转鼓过滤机适合固体含
11、量大于硅藻土珠石英砂氧化铝等研磨剂一起快速搅拌或研磨研磨剂珠子与细胞之间的互相剪切碰撞使细胞破碎高压匀浆法原理利用高压使细胞悬浮液通过针形阀由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破碎是大规模细胞破碎的常用方法超声破碎法对目的产物的分配系数 KD大且对目的物质的选择性高。价廉、无毒，无腐蚀性，闪点高，无爆炸性，易于除去和回收。3）产物用途限制：食品（无毒，不能致癌）。3、增溶作用 用酶或酸碱催化生物大分子发生水解反应或促使大分子溶解，使原先不溶或难溶性的生物大分子物质向可溶性的、分子量较小的生物物质转变。某些场合下，这些反应不能进行过度。如浸取或胶物质时，过度降解会降低胶体物质的成胶能力。4、固体原
12、料预处理 1）恰当地粉碎原料：以缩短固体或细胞内部溶质分子向其表面扩散的距离。过细：粉碎能耗上升 有害物质的过度溶出 过滤与分离困难 固体床层被压实，不利于溶剂渗透和溶质的扩散 2）有机溶剂浸取前，对含水物料进行干燥，否则影响浸润过程。第六章 超临界流体 第一节 超临界流体 一、临界点 横坐标为温度，纵坐标为压力，1001200 的直线为等密度线。固相与液相的界线。介线：固相与气相的界线。沸腾线：液相与气相界线 三重点(Tri-Point)：熔融线、升华线、沸腾线；相交点、临界点：二条互相垂直的虚线的交点，其概念可用临界温度和临界压力来解释。1、临界温度是指高于此温度时，无论加压多大也不能使气
13、体液化。所以沸腾线从三重点到临界温度至。2、临界压力是指在临界温度，液化气体所需的压力。3、临界点：临界温度与临界压力相交所构成的点。二、超临界流体 1、定义：是相图中，状态高于临界温度和临界压力的流体。（即虚线构出的右上角长方形区）。整如利用蛋白质的等电点凝聚在电解质作用下由于胶粒之间双电层电排斥作用降低电位下降而使胶体体系不稳定的现象过滤特性改变凝聚值越小凝聚能力就越强絮凝在有些高分子絮凝剂存在下基于桥架作用使胶粒形成较大絮凝团的杂蛋白的除去变性法有加热法调加酒精丙等有机溶剂或表面活性剂等吸附法加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白而除去离心公式固液分离手段过滤板框过滤机适合固体含量在的悬浮液的
14、分离真空转鼓过滤机适合固体含量大于硅藻土珠石英砂氧化铝等研磨剂一起快速搅拌或研磨研磨剂珠子与细胞之间的互相剪切碰撞使细胞破碎高压匀浆法原理利用高压使细胞悬浮液通过针形阀由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破碎是大规模细胞破碎的常用方法超声破碎法2、特点：在临界点的附近，密度线聚集于临界点周围，压力或温度的小范围变化，就会引起 co2密度的大幅度变化。第二节 超临界萃取的原理 1、定义 2、图 6-1（a）癸酸熔点 31，沸点 269，常温下呈固态。至-196，且抽真空。（b）升温至 19.5，真空不再，因为固体升华成气态，产生压力（310-6mn/g）由 pv=nRT，可算出癸酸向真空中的溶解度
15、（浓度）为 310-6g/L。（c）用乙炔Tc=283k,Pc=50atm 做为超临界（T=292.5,p=82atm）萃取溶剂，此时乙炔密度为 0.3g/nl，接近于液体密度，溶解度为 7g/l，与（b）比增加了 1 亿倍。（d）压力温度与（c）同，与（c）不同的是用 N2 代替了乙炔。由于 T=292.5k 距 Tc=126k较远，等温线较陡，Pr=25.3382，对应的密度很小，0.06g/ml，其溶解复与（b）相近。说明了：并非所有超临界流体溶剂在同 TP 下具有相同的溶解复。溶质在超临界流体中的溶解度，与其密度有关。P 越大，溶解越大，P 越小，溶解越小。3、原理：由超临界流体的特点
16、相知：在临界点附近（即工作区里），P 上升或 T 下降则溶剂的 P 大幅度增加，对溶质溶解度大幅度增加，有利于溶质的萃取；而 P 下降或 T 上升，则溶剂的 P 大幅度减小，对溶质的溶解度将大幅度减小，有利于溶质的分离和溶剂的回收。前面我们从能量的角度，分析过溶解过程。溶剂与溶质间的分子作用力强，则溶解得好，此时作用力的大小，与溶剂的分子数量/单位体积，即密度有关，P 大，溶解度大。1、定义：超临界萃取是将超临界流体作为萃取溶剂的一种萃取液。第三节 超临界 co2萃取 一、SC-Co2萃取 1）纵坐标为相对含量，横坐标是混合参数（挥发性、分子量、极性、化学物性等构成。）从左右依次为香精油组分、
17、萜烯类、游离脂肪酸、脂肪、蜡、树脂、色素等。水蒸气蒸馏法：获得香精油部分（萃取物）良好的非极性溶剂（甲叉氯）：少许高聚物乘余（萃余物）整如利用蛋白质的等电点凝聚在电解质作用下由于胶粒之间双电层电排斥作用降低电位下降而使胶体体系不稳定的现象过滤特性改变凝聚值越小凝聚能力就越强絮凝在有些高分子絮凝剂存在下基于桥架作用使胶粒形成较大絮凝团的杂蛋白的除去变性法有加热法调加酒精丙等有机溶剂或表面活性剂等吸附法加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白而除去离心公式固液分离手段过滤板框过滤机适合固体含量在的悬浮液的分离真空转鼓过滤机适合固体含量大于硅藻土珠石英砂氧化铝等研磨剂一起快速搅拌或研磨研磨剂珠子与细胞之间的
18、互相剪切碰撞使细胞破碎高压匀浆法原理利用高压使细胞悬浮液通过针形阀由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破碎是大规模细胞破碎的常用方法超声破碎法SC-co2 萃取与压力、温度有关，3Ompa60(pB30g/)与甲叉氯相似。（萃取多，可用其萃余物），p 下降、p 下降、溶解度下降，分离线左移，也可获得水蒸汽蒸馏的产品（取其萃取物）。2）全萃取物色较深，可通过改变 P or T，改变 co2 萃取能力，来改变萃取物的色度。30mpa co2 萃酒花制品绿色，14mpa 为黄色。二、超临界 co2（简称 SC-co2）萃取的优点 表 6-1为一些超临界萃取溶剂的临界点性质，其中 co2 在工业上应用广
19、泛。SC-co2 优点：无毒、无腐蚀性、不可燃烧，纯度高且价格低廉。粘度低 SC-co2 的粘度是通常有机溶剂粘度的几十分之一，paspas3100.32.031009.003.0扩散系数大（溶质在 SC-co2 中扩散系数比通常液体中高出 50-100倍）传质性能良好，使萃取能在相对较短的时间内完成。Pc 和 Tc 相对较低，适合于处理某些热敏性生物制品和天然物产品；适合于得到萃取物的目的，也适合于获得萃取后的余留物质的场合。三、拖带剂作用 拖带剂能增加物质的溶解度和萃取选择性的辅助溶剂。如：co2 添加 14%丙酮后，甘油酯的溶解度增加了 22 倍。纯 co2 几乎不能从咖啡中萃取咖啡因，
20、但加湿（水）的 SC-co2 因为有极性的 H2co3，在一定条件下，能选择地溶解萃取极性咖啡因。第五节 SC-co2 萃取流程 1、萃取工段十分离工段（溶质和 co2 分离）1）图 6-9中，（A）等温条件下，萃取相，PV、膨胀、溶质分离。co2经压缩后再加至萃取槽。2）（B）为等压条件下，萃取相、升温，溶质分离。co2经压缩后再加至萃取槽。3）（C）为萃取相中的溶质由分离槽中的吸附吸附，co2再回到萃取槽中。第七章双水相萃取技术 萃取是最常用的一种液液分离方法，普通的有机溶剂萃取法由于以下原因难于应用于蛋白质分离：1。许多蛋白质都有极强的亲水性，不溶于有机溶剂；2。蛋白质在有机溶剂中易变性
21、失活。第一节双水相分离理论 整如利用蛋白质的等电点凝聚在电解质作用下由于胶粒之间双电层电排斥作用降低电位下降而使胶体体系不稳定的现象过滤特性改变凝聚值越小凝聚能力就越强絮凝在有些高分子絮凝剂存在下基于桥架作用使胶粒形成较大絮凝团的杂蛋白的除去变性法有加热法调加酒精丙等有机溶剂或表面活性剂等吸附法加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白而除去离心公式固液分离手段过滤板框过滤机适合固体含量在的悬浮液的分离真空转鼓过滤机适合固体含量大于硅藻土珠石英砂氧化铝等研磨剂一起快速搅拌或研磨研磨剂珠子与细胞之间的互相剪切碰撞使细胞破碎高压匀浆法原理利用高压使细胞悬浮液通过针形阀由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破碎是
22、大规模细胞破碎的常用方法超声破碎法一 双水相的形成 当两种混合物互相混合时，究竟是否分离或混合成一相，取决于：一为体系熵的增加，二为分子间的作用力。，分子量越大，分子间的作用力也越大两种被混合分子间如存在空间排斥力，它们的线团结构无法互相渗透，则在达到平衡后就有可能分为两相，形成双水相。广泛应用的双水相体系有：聚乙二醇（PEG）/葡聚糖（DEX）体系，PEG/盐等体系。二 相图 VT 表示上相体积，VB 表示下相体积 VT/VB=BM/MT 当点 M 向下移动时，系线长度缩短，两相差别减小，到达 C 点时，系线长度为 0，两相间差别消失而成为一相，因此 C 点为系统临界点。三 物质在两相中的分
23、配 1 表面自由能的影响 2 表面电荷的影响 3 综合考虑 4 影响分配平衡的参数（1）聚合物的影响（2）体系中无机盐离子的影响（3）体系 pH 的影响（4）体系温度的影响（5）体系微生物的影响 第八章 反胶团萃取 第一节 概述 反胶团的微小界面和微小水相具有两个特异性功能：（1）具有分子识别并允许选择性头国的半透膜的功能；（2）在蔬水性环境中具有使亲水性大分子如蛋白质等保持活性的功能。第二节 反胶团的形成 一反胶团的构造 当向非极性溶剂中加入表面活性剂时，如表面活性剂的浓度超过一定的数值时，也会在非极性溶剂内形成表面活性剂的聚集体。与在水相中不同的是，非极性溶剂内形成的表面活性剂聚集体，与蔬
24、水性的非极性尾部向外，指向非极性溶剂，而极性头向内，与在水相中形成的微胶团方向相反，因而称之为反胶团或反向胶团（Reversed Micelles）。表面活性剂的存在是构成反胶团的必要条件，有三类表面活性剂即阴离子型、阳离子型、和非离子表面活性剂。在用反胶团萃取技术分离蛋白质的研究中使用得最多的是阴离子型表面活性剂 AOT，其化学名称是琥珀酸二（2-乙基己基）酯磺酸钠。AOT 容易获得，它具有双链，形成反胶团时无需添加辅助表面活性剂且有教好的强度；它的极性基团较小，所形成的反胶团空间较大，有利于生物发分子的进入。二反胶团的物理化学特性 1 反胶团的临界胶团浓度 2 反胶团含水率 W 三制备 整
25、如利用蛋白质的等电点凝聚在电解质作用下由于胶粒之间双电层电排斥作用降低电位下降而使胶体体系不稳定的现象过滤特性改变凝聚值越小凝聚能力就越强絮凝在有些高分子絮凝剂存在下基于桥架作用使胶粒形成较大絮凝团的杂蛋白的除去变性法有加热法调加酒精丙等有机溶剂或表面活性剂等吸附法加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白而除去离心公式固液分离手段过滤板框过滤机适合固体含量在的悬浮液的分离真空转鼓过滤机适合固体含量大于硅藻土珠石英砂氧化铝等研磨剂一起快速搅拌或研磨研磨剂珠子与细胞之间的互相剪切碰撞使细胞破碎高压匀浆法原理利用高压使细胞悬浮液通过针形阀由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破碎是大规模细胞破碎的常用方法超声破
26、碎法1 注入法 2 相转移法 3 溶解法 第三节生理活性物质的分离浓缩 1 反胶团萃取原理（P157-158）2 蛋白质的溶解（158-159）3反胶团萃取（P159-164）第六章 膜分离过程 膜的定义两相之间的不连续区间。膜即“区间”不是通常的相界面，可为气相、液相和固相，可以均相或非均相、对称或非对称，荷电或中性。膜的优点：过程一般较简单，费用低、效率较高、常温下操作。第一节 膜和膜分离过程的分类与特性 一、膜的分类 膜分离的实质物质通过膜的传递速率不同而得到分离。1、对称膜：膜的结构与方向无关，如具有不规则的孔结构，或者所有的孔具有确定的直径。2、非对称膜：分离层（薄而致密）二多孔支撑
27、层。二层为同一种材料活性膜，孔径的大小和表皮的性质决定了分离特性，而厚度主要决定传递速度，该层必须朝向的原溶液。优点：高传质速率（分层等）和良好的机械强度。被脱除物附在表面，易于清除。3、复合膜 膜的性能：不仅决定于选择薄层，而且受微孔支撑活物、孔径、孔分布和多孔率的影响。4、荷电膜：即离子交换膜，属于对称膜 溶胀胶固定有正电荷可交换的为阴离子。5、液膜，有关章节讨论。6、微孔膜：孔径大小为 0.0520m 的膜 7、动态膜：在多孔介质上（如陶瓷管）沉积一层颗粒物（如氯化铝）作为有选择作用的膜。可在高温下应用，但膜很不稳定。二、重要的膜分离过程（表 9-1）1、渗透和透析（推动力浓度差）2、反
28、渗透和超滤（推动力压力差）3、电渗析（电位差为推动力）整如利用蛋白质的等电点凝聚在电解质作用下由于胶粒之间双电层电排斥作用降低电位下降而使胶体体系不稳定的现象过滤特性改变凝聚值越小凝聚能力就越强絮凝在有些高分子絮凝剂存在下基于桥架作用使胶粒形成较大絮凝团的杂蛋白的除去变性法有加热法调加酒精丙等有机溶剂或表面活性剂等吸附法加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白而除去离心公式固液分离手段过滤板框过滤机适合固体含量在的悬浮液的分离真空转鼓过滤机适合固体含量大于硅藻土珠石英砂氧化铝等研磨剂一起快速搅拌或研磨研磨剂珠子与细胞之间的互相剪切碰撞使细胞破碎高压匀浆法原理利用高压使细胞悬浮液通过针形阀由于突然减压和
29、高速冲击撞击环使细胞破碎是大规模细胞破碎的常用方法超声破碎法4、气体分离（压力差为推动力）是利用微孔或无孔膜进行气体分离。膜的材料可以是高分子聚合物膜，也可以是金属膜或玻动膜。主要用于合成氨工业中氢的回收等。第二节 膜的基本理论 一、膜分离过程的机理 1、膜分离过程的基本传质形式 1）被动传递：是最简单的形式，从化学势高向低处传递。化学势能量状态，是改变一单位物质（如 mol）时内能的变化率，所以物质自发地从化学势较高区域到较低区域。内能与物质量有关，化学势是与物质量无关的能量状态。被动传递的推动力是化学势梯度（可以是压力差、浓度差、电势差）。2）促进传递：推动力仍是化学势梯度；组分由特定载体
30、带入膜中，是高选择性的被动传递，能和 B 结合的 A 被传递。3）主动传递：从化学势低处传至化学势高处，需做功，由膜内某化学反应提供推动力。2、膜过程中的物质传递 以被膜脱除的溶质（或非优先选择的）i，通过非对称膜为例，如反渗透。1）主流体系区间：在稳定情况下，溶质的浓度是均匀的，且在垂直于膜表面的方向无浓度梯度。2）边界层区间：当溶剂透过膜，而溶质留在膜上，使膜面浓度增大，并高于主体中浓度，称此为浓差极化（浓度极化）。是造成膜或膜体系效率下降的主要因素。可导致溶质自膜面反扩散至主体中。是可逆的，需用搅拌等方式促进其反扩散和提高脱除率。3）表面区间：在此区间发生着两种过程，是溶质向膜表面扩散时
31、，被吸附而溶入膜中。一是由于膜的不完整和表面上的小孔缺陷，溶质有对流现象（即扩散透过膜的动向，又反扩散离膜而出）。即膜边界层料液中的溶质没有全部进入膜的表层。因此此区间的溶质浓度。此边界层的溶质浓度低得多。不可能完全被吸附。4）表皮层区间：此区间是高度致密的表皮，是理想无孔型的，反渗透非对称膜表皮层是对溶质的脱除性。要求这层愈薄愈好，有利于降低流动的阻力和增加膜的渗透率。溶质和渗透物在此区间以分子扩散为主，也有小孔缺陷中的少量对流。整如利用蛋白质的等电点凝聚在电解质作用下由于胶粒之间双电层电排斥作用降低电位下降而使胶体体系不稳定的现象过滤特性改变凝聚值越小凝聚能力就越强絮凝在有些高分子絮凝剂存
32、在下基于桥架作用使胶粒形成较大絮凝团的杂蛋白的除去变性法有加热法调加酒精丙等有机溶剂或表面活性剂等吸附法加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白而除去离心公式固液分离手段过滤板框过滤机适合固体含量在的悬浮液的分离真空转鼓过滤机适合固体含量大于硅藻土珠石英砂氧化铝等研磨剂一起快速搅拌或研磨研磨剂珠子与细胞之间的互相剪切碰撞使细胞破碎高压匀浆法原理利用高压使细胞悬浮液通过针形阀由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破碎是大规模细胞破碎的常用方法超声破碎法5）多孔支区间：是高度多孔的区度，对表皮层起支撑作用，对渗透物质的流动有一定的阻力。6）表面区间：此区间溶质从膜中解吸，离开膜进入低压侧。由于多孔层基本上无选
33、择性，分配系数 7）边界层区：物质扩散方向与膜垂直。浓度随流动方向而降低。8）主流体区间：在稳定状态下，其中溶质的主流体浓度为 。综上所述，溶质在膜中的渗透率取决于：膜本身的化学物质（吸附、选择、缺陷）膜两边溶液的条件（压力、搅拌、浓度）传质总阻力：为边界层+膜层阻力之和。第七章 液膜分离 第一节 概论 一、定义 1、液膜液体膜，是从生物膜奇妙的选择性输送功能上得到启发而模仿的一种人工膜。液体膜是一层很薄的液体（称为膜相），这层液体既可以是水溶液，也可以是有机深夜。它能把两个互溶但组成不同的溶液隔开，并通过这层液实现物质选择性分离。通常被隔开的溶液是水溶液（内、外水相），膜相则是与内外水相都不
34、互溶的油性物质。2、液膜分离：三相分离系统（膜相、被萃取相、反萃取相）二、液膜的分类：整体液膜：液膜是一个整体，主要用于载体开发和基础研究上；支持液膜：工业性上应用；乳化液膜：工业性应用的主要类型。三、液膜的膜相组成：膜溶剂、表面活性剂、流动载体、膜增强剂 1、膜溶剂：是膜相的基体物质，相当于生物膜类脂双分子层中的疏水部分。使用较多的膜溶剂是高分子烷烃、异烷烃类物质。较理想膜溶剂的几个特点：（1）能保持操作过程的稳定性。有一定的粘度，又不溶解于内外水相；整如利用蛋白质的等电点凝聚在电解质作用下由于胶粒之间双电层电排斥作用降低电位下降而使胶体体系不稳定的现象过滤特性改变凝聚值越小凝聚能力就越强絮
35、凝在有些高分子絮凝剂存在下基于桥架作用使胶粒形成较大絮凝团的杂蛋白的除去变性法有加热法调加酒精丙等有机溶剂或表面活性剂等吸附法加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白而除去离心公式固液分离手段过滤板框过滤机适合固体含量在的悬浮液的分离真空转鼓过滤机适合固体含量大于硅藻土珠石英砂氧化铝等研磨剂一起快速搅拌或研磨研磨剂珠子与细胞之间的互相剪切碰撞使细胞破碎高压匀浆法原理利用高压使细胞悬浮液通过针形阀由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破碎是大规模细胞破碎的常用方法超声破碎法（2）良好的溶解性。能优先溶解欲提取物质，而对杂质的溶解越少越好，同时对膜相中的其他组分也有较好的互溶性。（3）膜溶剂与水相应有一定的相
36、对密度差，以利于操作后期膜相与料液的分离。2、表面活性剂（1%-5%）是液膜分离系统中稳定油水分界面的最重要部分，相当于生物膜类脂双分子层的亲水端。其选择非常重要。3、流动载体（1%-5%）事实上它常常是某种萃取剂，能对欲提取的物质进行选择性搬运迁移，相当于生物膜中的蛋白质载体，对选择性和膜的通量（或分离速度）起决定性作用。4、膜增强剂（很少或没有）起增加膜的稳定性作用。使膜在分离操作时不过早破裂，而在破乳工序中液膜层又容易破碎，以利于膜相与内水相的分离。第二节 肥化液的制备与分离机制 一、乳化液膜的制备 内水相含表面活性剂的油相W/O 乳化液连续水相（外水相中）乳化液膜（内、外水相成分不同隔
37、离）二、乳化液膜的分离机制 有两大娄：载体扩散迁移和载体促进传递两大类机制。1、无载体扩散迁移（1）单纯扩散迁移（2）内相化学反应促进迁移（假设内相为接受相）2、载体促进传递（1）载体促进扩散传递 特点：膜相有载体（C），溶质（A）和载体（C）结合后，在液相中转移，在内相界释放溶质 A（或以离子形式），另外载体得到复元后，继续在外相界与溶质 A 结合。（2）载体促进并流传递：液膜分离青霉素为例（3）载体促进逆流传递 第四节膜分离技术的工艺流程及其应用 一、乳化液膜的优点 整如利用蛋白质的等电点凝聚在电解质作用下由于胶粒之间双电层电排斥作用降低电位下降而使胶体体系不稳定的现象过滤特性改变凝聚值越
38、小凝聚能力就越强絮凝在有些高分子絮凝剂存在下基于桥架作用使胶粒形成较大絮凝团的杂蛋白的除去变性法有加热法调加酒精丙等有机溶剂或表面活性剂等吸附法加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白而除去离心公式固液分离手段过滤板框过滤机适合固体含量在的悬浮液的分离真空转鼓过滤机适合固体含量大于硅藻土珠石英砂氧化铝等研磨剂一起快速搅拌或研磨研磨剂珠子与细胞之间的互相剪切碰撞使细胞破碎高压匀浆法原理利用高压使细胞悬浮液通过针形阀由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破碎是大规模细胞破碎的常用方法超声破碎法液膜技术在工业上应用时更多地是使用乳化液膜，其优点如下：（1）具有选择性（2）较高的浓缩能力（一般目标产物从外水到内水
39、的浓缩）（3）连续运转的可能性（4）处理方便、经济性好 二、乳化液膜分离的工艺流程 1、乳化（同前也制作）液膜相（O）和内水相（反萃取相 O）通过一激烈搅拌的装置，制成 W/O 乳化液，内水相为分散相，膜相为连续相。2、分离浓缩 将 W/O 乳化液和外水相（料液，被萃取相）置于一带有温和搅拌的反应器（萃取器）中，形成 W/O/W 型液膜系统。外水相中待分离物质进入内水相中，达到分离浓缩的目的。3、破乳（离心、加热、木目转移法、化学法）（1）W/O/W 经过一澄清分离器（静置）分层，除去外水相。（2）W/O 相，经过破乳，将内水相与膜相分开。膜相可循环用，从内水相中获得产物。电破乳：膜相中随机性
40、运动着的，微米级的分散微水滴（内相）在外加电场作用下，应极化，微水滴间产生引力，在该引力的作用下发生冲撞而逐渐聚结，从有机相中分离出来。表面活性剂的极性端沿内水相、球面均匀分布，对 W/O 乳化液的稳定起重要作用，但在外加交流电场的作用下，也发生错位、冲撞聚集，使 W/O 分成水相和膜相。第五节 关于液膜过程不利因素的讨论 一、膜破裂 1、原因：搅拌产生的剪切刀（温和）过大的内相尺度（强搅）粗劣的膜相组成 2、后果：效下降，把已分离进入内相的溶质又送回到外相，还得依赖于尚未破裂的乳化液膜重新分离。整如利用蛋白质的等电点凝聚在电解质作用下由于胶粒之间双电层电排斥作用降低电位下降而使胶体体系不稳定
41、的现象过滤特性改变凝聚值越小凝聚能力就越强絮凝在有些高分子絮凝剂存在下基于桥架作用使胶粒形成较大絮凝团的杂蛋白的除去变性法有加热法调加酒精丙等有机溶剂或表面活性剂等吸附法加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白而除去离心公式固液分离手段过滤板框过滤机适合固体含量在的悬浮液的分离真空转鼓过滤机适合固体含量大于硅藻土珠石英砂氧化铝等研磨剂一起快速搅拌或研磨研磨剂珠子与细胞之间的互相剪切碰撞使细胞破碎高压匀浆法原理利用高压使细胞悬浮液通过针形阀由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破碎是大规模细胞破碎的常用方法超声破碎法外相条件变化，使分离难上升。内相中的试剂进入外相引起的。3、避免：改变膜的配方（增加粘度，表
42、活剂浓上升，改变膜相材料）操作条件的合理（经验）二、膜膨胀：是一个传递外相水深液进入内相的过程。是自由水的进入，不是交换（逆流水）。1、表面活性剂水化机理 外相盐浓低，水活度高，外界内表面活性剂亲水部分与水结合。然后扩散至内界面。内相盐浓高，水活度低，结合水被脱除至内相。2、外相水溶液的反胶团传递机理 第八章 色谱分离 色谱分离（CR）也称为色层分离或层析分离，在分析检测中则常称为色谱分析（CA）。固定相+多组分混合物+流动相组成。利用多组分混合物中各组分物理化学性质（如吸附力、分子极性、分子形状和大小、分子亲和力、分配系数等）的差异，使各组分以不同的程度分布在两个相中，随流动相流动时，则以不
43、同的速率移动，使之分离。第一节 色谱分离的分类 一、按分离机理不同分类（5 大类）1、吸附色谱分离（AC 分离）2、分配色谱（DC）3、离子交换色谱（IEC）（1）IEC：是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，由于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。（2）适应性：适应于离子和在溶剂中可发生电离的物质的分离。大多数生物大分子都是极性的，都可使其电离，所以离子交换色谱广泛用于生物大分子的分离纯化，特别是在蛋白质、多肽、核酸等生物物质的分离纯化中，离子交换色谱分离占主导地位。4、凝胶色谱（GC）5、亲和色谱（AFC）第二节 色谱分离的基本原理
44、 色谱分离原理（图 12-1）整如利用蛋白质的等电点凝聚在电解质作用下由于胶粒之间双电层电排斥作用降低电位下降而使胶体体系不稳定的现象过滤特性改变凝聚值越小凝聚能力就越强絮凝在有些高分子絮凝剂存在下基于桥架作用使胶粒形成较大絮凝团的杂蛋白的除去变性法有加热法调加酒精丙等有机溶剂或表面活性剂等吸附法加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白而除去离心公式固液分离手段过滤板框过滤机适合固体含量在的悬浮液的分离真空转鼓过滤机适合固体含量大于硅藻土珠石英砂氧化铝等研磨剂一起快速搅拌或研磨研磨剂珠子与细胞之间的互相剪切碰撞使细胞破碎高压匀浆法原理利用高压使细胞悬浮液通过针形阀由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破碎
45、是大规模细胞破碎的常用方法超声破碎法加样，洗脱剂冲洗 各组分与固定相无作用力与洗脱剂一起流动，得不到分离；各组分与固定相有一定作用力移动速率低于流动相。各组分与固定相的作用力大小不同移动速率不同，作用力大，移动慢，各组分得到分离。名词：洗脱剂作为流动相的液体。展开加入洗脱剂而使各组分分层的操作。色谱展开后各组分的分布情况。洗脱液洗脱时从柱中流出的溶液。一、分配色谱 我们已经知道，分离色谱是利用混合物中各组分在两种互不相溶的溶剂中的分配系数不同而得以分离。1、分配系数（1）载体（支持剂）分配色谱中，通常采用一种多孔的固体（如硅胶、纤维素、淀粉、硅藻土等）吸附着一种溶剂构成固定相。这种固体本身原分
46、离不起什么作用，仅起一个支持作用。（2）分配系数当一个被分离的混合物在流动相的携带下通过固定相时，溶质在固定相和流动相之间的平衡关系服从分配定律：Kd=CmCs（3）线性色说与非线性色谱 Cs=KdCm 当溶质浓度较低时，Kd 为常数，Cs 与 Cm 成非线关系，其相应的色谱过程称为线性色谱。当溶质浓度较高时（加样量过大），Kd 将不再是常数，而成为与 Cm 有关的函数（如对数或指数关系），此时 Cs 与 Cm 不再是线性关系，其相应的色谱过程称为非线性色谱。其具有以下几个特点：a、溶质洗脱峰不再是对称的正态分布，而是有“拖尾”或“伸舌”现象；b、样品的保留值可变。线性色谱中同一样品的保留值是
47、常数，只随样品不同而变化；c、色谱峰的峰高与浓度不是线性关系。在线性色谱中峰高与组分是线性关系。峰高是定量整如利用蛋白质的等电点凝聚在电解质作用下由于胶粒之间双电层电排斥作用降低电位下降而使胶体体系不稳定的现象过滤特性改变凝聚值越小凝聚能力就越强絮凝在有些高分子絮凝剂存在下基于桥架作用使胶粒形成较大絮凝团的杂蛋白的除去变性法有加热法调加酒精丙等有机溶剂或表面活性剂等吸附法加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白而除去离心公式固液分离手段过滤板框过滤机适合固体含量在的悬浮液的分离真空转鼓过滤机适合固体含量大于硅藻土珠石英砂氧化铝等研磨剂一起快速搅拌或研磨研磨剂珠子与细胞之间的互相剪切碰撞使细胞破碎高压匀
48、浆法原理利用高压使细胞悬浮液通过针形阀由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破碎是大规模细胞破碎的常用方法超声破碎法分析的重要数据。在非线性色谱中，峰高增加的速率随浓度的增加而逐渐降低，因而峰高不能作为定量分析的指标。二、吸附色谱 1、吸附现象 固体与气体之间，固体与液体之间的表面上，都可以发生吸附现象。固体表面的分子（离子或原子）和固体内部分子所受的吸引力不同。内部分子，分子之间相互的作用力是对称，春力场相互抵消。表面分子所受的力是不对称的，为了达到力场的平衡（能量最小状态），能吸附流经其表面的物质分子。2、吸附等温曲线 吸附方程式 A+B A-B 等温曲线在一定温度下，溶质分子在两相界面上进行
49、的吸附过程达到平衡时它们在两相中浓度之间的关系曲线。langmuir 吸附等温曲线（凸形）：是液固系统中常见的一种。C（A-B）=bcBacB1 ab 为吸附常数 三种等温曲线 凸反映溶质分子在固体表面达到饱和时形成单分子层吸附。凹表示形成多分子吸附层，与浓度有关 CB，CB 上升，吸附越多。S是凸形与凹形叠加而成的。溶质被单层吸附，被吸附的溶质进一步吸附其他分子。三、凝胶色谱分离 1、原理（图 12-3）（1）大小不同分子混合样液加入柱顶端；（2）小分子进入凝胶内部，大分子不能被排阻在凝胶颗粒处；（3）大分子下流通较小，过快，首先被洗毒，而小分子则下流通大，速，与大分子拉开距离。（4）大分子
50、被洗脱出后，随着洗脱继续进行，小分子开始被洗脱出来。四、离子交换色谱 1、离子交换树脂（1）定义：是一种不溶于酸、碱和有机溶剂的固态高分子材料。由骨架和活性离子两部分整如利用蛋白质的等电点凝聚在电解质作用下由于胶粒之间双电层电排斥作用降低电位下降而使胶体体系不稳定的现象过滤特性改变凝聚值越小凝聚能力就越强絮凝在有些高分子絮凝剂存在下基于桥架作用使胶粒形成较大絮凝团的杂蛋白的除去变性法有加热法调加酒精丙等有机溶剂或表面活性剂等吸附法加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白而除去离心公式固液分离手段过滤板框过滤机适合固体含量在的悬浮液的分离真空转鼓过滤机适合固体含量大于硅藻土珠石英砂氧化铝等研磨剂一起快速