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1、第一章分离过程: 通过一定的手段,将混合物分成互不相同的几种产品的操作过程,它包括提取和除杂两部分n 分离手段:l 物理l 化学l 或者是物理和化学手段的互相 结合分离技术: 是一门研究如何从混合物中把一种或几种物质分离出来的科学技术。第二章n 沉淀的概念: 指溶液中的溶质在适当条件下由液相变成固相而析出的过程。结晶是一种特殊的沉淀技术。沉淀分离方法种类:1.无机沉淀剂沉淀分离法, 通常是以盐类作为沉淀剂的一类沉淀方法如盐析法,多用于各种蛋白质和酶类的分离纯化,以及某些金属离子的去除。 常用的沉淀剂有:硫酸铵、碳酸铵、硫酸钠、柠檬酸钠、氯化钠等。2.有机沉淀剂沉淀分离法, 以有机溶剂作为沉淀剂
2、的一种沉淀分离方法。常用到的沉淀剂有:丙酮、乙醇、甲醇等3.非离子多聚体沉淀剂沉淀分离法, 采用非离子型的多聚体作为目标成分的沉淀 剂。适用于生物大分子的沉淀分离,如酶、核酸、蛋白质、病毒、细菌等。4. 等电点沉淀法主要是利用两性电解质在等电点状态下的溶解度最低而沉淀析出的原理。适用于氨基酸、蛋白质及其他属于两性电解质组分的沉淀分离,如大豆蛋白“碱提酸沉”的提取方法。5.共沉淀分离法又可称为生物盐复合物沉淀法,用于多种化合物特别是一些小分子物质的沉淀。它是利用沉淀的同时对其他待分离成分吸附共沉淀而达到除杂的目的。6. 变性沉淀分离法又称为选择性变性沉淀法,是利用特定条件使目标成分变性,导致其性
3、质的改变如溶解度下降而得以分离。适用于一些变性条件差异较大的蛋白质和酶.第二节n 金属盐类沉淀分离法此种方法利用金属离子与酸根在形成盐类时溶解度低而沉淀分离。在柠檬酸发酵工业中应用得较多的是钙盐法。原因: 柠檬酸的钙盐溶解度比较小,易于分离; 其次钙离子的来源(石灰)广泛,价格便宜,并且钙离子对食品造成污染少。工业上柠檬酸的生产采用的钙盐沉淀法过程分钙盐中和及酸解两个步骤。1钙盐中和n 发酵液去除菌体后,加入碳酸钙,形成柠檬酸钙沉淀,柠檬酸得以与发酵液的其他杂质分离:n 2C6H8O7H2O+3CaCO3Ca3(C6H5O7)4H2O +3CO2+ H2On 条件:70-85,pH5.02.酸
4、解n 得到的柠檬酸钙用硫酸处理,使之生成硫酸钙沉淀,钙和柠檬酸分离:n C3(C6H5O7)4H2O + 3H2SO4 + 4H2O2C6H8O7.H2O+3CaSO4.H2O n 条件:60-85,pH1.8-2.0n 在蔗糖生产过程中,也有利用生成碳酸钙沉淀或亚硫酸钙沉淀来进行糖的除杂和澄 清。谷氨酸能与Zn2+、Ca2+、Co2+、Cu2+等作用生成谷氨酸盐沉淀,也可用于从发酵液中分离谷氨酸。其中利用Zn2+进行沉淀的称为锌盐法(条件为常温温度,pH值为6.3) ;利用Ca2+进行沉淀 的称为钙盐法(常温温度,pH值为12.0)。 缺点:常有共沉淀作用和吸附作用发生,并且一些金属盐(如硫
5、酸钙)的溶解度也比较大,残留问题严重。因此分离效果不是很理想,用作初步分离,并且通常是与其他分离方法配合使用。盐析法原理盐溶:在低盐浓度下,蛋白质和酶类的溶解度随着盐的浓度提高而增大,这个过程称为盐溶。原因:(1)无机盐离子在蛋白质表面吸附,使颗粒带相同电荷而互相排斥。(2)无机盐离子增加了蛋白质的亲水性, 改善了与水膜的结合,增加了蛋白质分子与溶剂分子相互的作用力,使蛋白质的溶解度增加。盐析:当盐浓度增加到定程度时,在盐离子的作用下,水活度大大降低,同时蛋白质表面 的电荷被大量中和,蛋白质分子外表的水化膜被破坏,蛋白质分子相互聚集而沉淀析出。在盐析法中常用到的中性盐有:硫酸铵、硫酸钠、硫酸镁
6、、磷酸钠、磷酸钾、氯化钾、醋酸钠、硫氰化钾等。以硫酸铵、硫酸钠应用最广。虽然磷酸盐的盐析效果比硫酸铵好n 但硫酸铵的最大优点:1.温度系数小2.温度的变化引起溶液性质的改变不大,3.溶解度大,应用于许多蛋白质和两的盐析时,对蛋白质和酶变性的影响较小4.并且硫酸铵价格低廉。1.硫酸铵的缺点:缓冲能力较小2.含氮,影响到蛋白质的定量分析尤其是采用凯氏定氮法和双缩法进行测定时硫酸钠由于不含氮,不影响蛋白质的定量测定,归其缺点是在30以下溶解度太低,需在30以上操作效果较好,不利于保持酶的活性。磷酸盐、柠檬酸钠、硫氰化钾等也用于蛋白质的盐析,但由于溶解度低或容易与其他金属离子产生沉淀,或因酸性过强,都
7、不如硫酸铵的应用那样广泛。影响盐析效果的因素(1)蛋白质浓度的影响(2)离子强度和离子类型的影响(3)不同离子类型对盐析效果的影响 (4)pH值对盐析效果的影响 (5)温度的影响 盐析后的脱盐处理n 常用的脱盐处理方法有:1.透析法2.电渗析法3.葡聚糖凝胶过滤法n 透析法:半透膜 即具有让小分子和水扩散而不断地通过,直到膜内外浓度达到平衡;而大分子则不能透过膜而被截留在膜内侧的一种类型膜。1. 生物的细胞膜2.羊皮纸3.玻璃纸以及赛路纷等即属于半透膜。n 透析膜,必须具有如下特点:1: 选择性:只允许小分子溶质和溶剂通过,大分子不能通过;2: 具有化学惰性,与溶质不起化学作用,在水、盐、稀酸
8、中不溶解;3: 有一定的机械强度和良好的再生性能。n 成品的透析器有:透析袋、旋转透析器、平面透析器、连续循环透析器、微量透析器、减压透析器、反流透析器。硫酸铵饱和度的调整方法n 硫酸铵预处理:1.用一般生化工业制备的硫酸铵即可,如果待盐析的蛋白质和酶的活性中心含疏基,如菠萝蛋白酶和木瓜蛋白酶等2.属于疏基蛋白酶类的制品,则需预处理去除硫酸铵中的重金属离子以消除其对酶活性的影响。方法是将硫酸铵配成浓溶液然后通入H2S气体至饱和。放置过夜后用滤纸滤除重金属沉淀物,滤液在瓷蒸发皿中浓缩结晶,100干燥。n 硫酸铵饱和度的调整方法:1.固体加入法:2.饱和溶液加入法 大豆蛋白的组成及性质:第三节 有
9、机沉淀剂沉淀分离法.有机沉淀剂的特点1:选择性比较高,即一定浓度的有机沉淀剂只沉淀分离某一种或某一类溶质组分。2:沉淀后所得产品不需脱盐,残留的沉淀剂通过挥发而易减少。3:有机沉淀剂的缺点是对某些具有生物活性的大分子物质如酶类具有失活作用,因而常常需要在低温下操作。2.3.2: 沉淀分离原理:1:有机溶剂改变了溶液的介电常数,加入有机溶剂降低了溶液的介电常数,导致了溶质分子之间发生聚合而析出。2:脱水作用:有机溶剂溶解在水溶液中,减少了溶质与水的作用,因而使溶质脱水而相互聚集沉淀。有机沉淀剂的选择n 1:沉淀金属离子的有机沉淀剂(1):生成螯合物的有机沉淀剂;螯合剂一般有两种基团即酸性基团和碱
10、性基团。常见的有:(a) 烃基肟类,能与二价金属离子形成结合物,如水杨酸肟在pH=2.5能沉淀Ca+2、Pd+2,在pH 5.7能沉淀Ni2+ ,在pH 7-8时能沉淀Zn2+ (b) 氨基酸类,半胱氨酸对Fe3+离子络合,芳香族氨基酸:Cu+2, Zn+2, Cd+2, Co+2,Ni+2, Ag+2, Mn +2.(c) 蛋氨酸、色氨酸、苯丙氨酸和脯氨酸等由于能螯合一些会促进氧化作用的金属离子,可以作为抗氧化剂及抗氧化剂的增效剂。(2):生成离子缔合物的有机沉淀剂(3):生成三元络合物的有机沉淀剂。 沉淀有机成分的有机沉淀剂1. 用于沉淀水溶液中的氨基酸、蛋白质、酶、核酸、多糖、果胶以及其
11、他生化小分子成分发生沉淀作用。2.此类沉淀剂有:乙醇、甲醇、丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙睛、异丙醇等,其中最常用的是乙醇和丙酮。食品中蛋白质和酶多用乙醇。影响沉淀效果的因素1金属离子的影响. 当溶液中有一些金属离子存在时,能降低大分子溶质的溶解度,同时不影响目标成分的生物活性,可使有机溶剂的用量减少。2盐浓度的影响.溶液中盐的浓度太大或太小,对沉淀都有不良影响。沉淀蛋白质和多糖时,有机溶剂中盐的浓度以不超过5为宜。3:溶质相对分子质量与有机溶剂用量的影响 一般说来,待分离组分的相对分子质量越小,有机溶剂的用量越多。不同浓度的有机溶剂能使溶质中不同的组分先后沉淀,因而能起到分步沉淀的效果。
12、4:温度的影响.5:pH的值影响.第四节 等电点沉淀分离的基本原理定义 等电点沉淀分离法主要是利用两性电解质分子在电中性时溶解度最低,不同的两性电解质具有不同的等电点进行分离的一种方法。两性电解质:狭义两性电解质:分子中同时含有酸基和碱基的化合物。广义两性电解质:分子中同时含有质子供体和质子受体的化合物。如蛋白质、酶以及氨基酸等。RNH2CCOOH NH2质子受体 COOH 质子供体 等电点的定义:使两性电解质处于荷电性为零的pH值,即为两性电解质的等电点通常以pI表示蛋白质的等电点沉淀分离n 蛋白质的分子构成与质子供体与质子受体的来源:1.蛋白质由多种氨基酸通过肽键聚合而成,相对分子质量从数
13、万到数百万,2.侧链末端的氨基和羧基 3.支链上的可离解基团:a-羧基,b-羧基,g-羧基,咪唑基,巯基,a-氨基,苯酚基,胍基等等。n 含有的不同数量的酸性和碱性氨基酸等,都能在水中离解。因此蛋白的等电点通常用酸碱滴定法测定影响蛋白质变性的因子 1. 温度 2. pH值 大部分蛋白质在pH4-10的范围内是比较稳定的,超过这个范围就会发生变化。变性的原因:酸碱的作用使蛋白质分子内的基团带电性质发生了变化,从而破坏了静电引力所形成的键,导致原来构象发生了变化。每种酶都有一个活性表现最大的pH值。这个pH值称之为酶的最适pH值。变性沉淀的方法:1. 热变性沉淀分离 利用各种蛋白质对热的稳定性不同
14、的特点,使蛋白质组分之间得以分离,同时使蛋白质与水及其他可溶性物质分离开来2. 选择性的酸碱变性沉淀分离 利用酸碱变性原理,调节溶液pH值,可以有选择地除去杂蛋白,有利于提高酶制剂的比活和纯度。3. 利用酶作用进行变性分离 4. 利用表面活性剂或有机溶剂引起变性 多酚天然有机物络合沉淀分离法植物性的食品原料含有多酚类成分能和蛋白质、酶等生物大分子发生络合作用,并且在一定程度上改变这些生物大分子的生物活性。非离子型聚合物沉淀分离 沉淀剂:聚乙二醇,葡聚糖等。第三章超临界萃取及超临界流体的概念 超临界萃取是以超临界流体作为萃取剂,在临界温度和临界压力附近的条件状态下,从液体或固体物料中萃取和分离组
15、分,又称为:压力流体萃取 超临界气体萃取 临界溶剂萃取与萃取和浸提比较 1.其相同之处:均是以溶剂作为萃取剂,实现在相与相之间的传质分离 2.不同的:超临界流体萃取是用临界点状态下的流体萃取,这种临界状态下的流体,低粘度、高扩散系数和高密度,对许多物质成分均具有很强的分离能力。然后变动压力或温度,使流体密度变化,使成分析出.超临界流体: 超临界流体是指处于超过物质本身的临界温度和临界压力状态时的这样一种流体。 如果气体处于临界温度之上,无论施加多大的压力,都不能将其液化。以癸酸为例,用下图具体说明超临界气体萃取的原理。癸酸的熔点31,沸点269,是一种在常温下呈固态的饱和脂肪酸。 在超临界流体
16、萃取中,主要是溶剂流体密度的大幅度增加导致溶剂对溶质的作用力大幅度增加从而形成了溶解物质的能力,这个特性给溶剂流体的回收、溶剂与萃取物 (溶质)的分离带来方便。改变超临界流体密度的方法一是采用固定温度,降低压力的方法,二是采用固定压力,提高温度的方法。超临界流体最重要的性质是密度、粘度及扩散系数。超临界流体的溶解能力与密度之间的这种关系lnC=mln r+常数上式表示了超临界流体的溶解度随密度的增大而增大。 式中的常数值和m值就越大,超临界流体对分离组分的溶解能力就越大。超临界流体的溶解能力随着其密度的增高而提高 改变超临界流体密度的方法一是采用固定温度,降低压力的方法,二是采用固定压力,提高
17、温度的方法。 常用的超临界流体有:CO2、SO2、C2H6、C2H4、C3H8、C4H10、C5H12、氟里昂13等。 这些萃取剂中以CO2最为常用 根据对过程中超临界流体密度调控的方法不同, 可分为等温变压流程和等压变温流程以及吸附法三个基本流程。等温变压流程 此种流程通过压力的变化引起超临界流体密度的变化,使得组分从超临界流体中析出分离。等压变温法 等压变温法流程中,超临界流体的压力保持一定,而利用温度的变化,引起超临界流体对溶质溶解度的变化,从而实现溶质与超临界流体分离的过程。吸附法 此种流程是将萃取了溶质的超临界流体,再通过一种吸附分离器,这种吸附分离器中装有只吸附溶质而不吸附萃取剂的
18、吸附剂。第四章表面活性剂概念 表面活性剂是指具有固定的亲水亲油基团,在溶液的表面能定向排列,并能使表面张力显著下降的物质组成:分子结构具有两亲性 非极性烃链: 8个碳原子以上烃链 极性基团:羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐,也可是羟基、酰胺基、醚键等。阳离子表面活性剂 该类表面活性剂起作用的部分是阳离子,因此称为阳性皂。其分子结构主要部分是一个五价氮原子,所以也称为季铵化合物。其特点是水溶性大,在酸性与碱性溶液中较稳定,具有良好的表面活性作用和杀菌作用。非离子表面活性剂1.脂肪酸甘油酯: 单硬脂酸甘油酯;HLB为34,主要用作W/O型乳剂辅助乳化剂。 2.多元醇蔗糖酯:HLB(513)O/W
19、乳化剂、分散剂 脂肪酸山梨坦:W/O乳化剂 聚山梨酯: O/W乳化剂 表面活性剂的基本性质临界胶束浓度(CMC):表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度。当其浓度高于CMC值时,表面活性剂的排列成球状、棒状、束状、层状/板状等结构。反相微胶团萃取概念在水溶液中形成的胶体或微胶团,是由于表面活性剂中极性基团定向排列的结果。“憎水”广义上是指制品抵抗环境中水分对其主要性能产生不良影响的能力。目前改性有机硅类憎水剂是保温材料较通用的一种高效憎水剂,它的憎水机理是利用有机硅化合物与无机硅酸盐材料之间较强的化学亲和力,来有效的改变硅酸盐材料的表面特性,使之达到憎水效果。萃取原理双水相萃取与水-有机相萃取的
20、原理相似,都是依据物质在两相间的选择性分配。当萃取体系的性质不同时,物质进入双水相体系后,由于表面性质、电荷作用和各种力(如氢键和离子键等) 的存在和环境因素的影响,使其在上、下相中的浓度不同。物质在双水相体系中分配系数K可用下式表示:K= C上/ C下 其分配情况服从分配定律,即,“在一定温度一定压强下,如果一个物质溶解在两个同时存在的互不相溶的液体里,达到平衡后,该物质在两相中浓度比等于常数”。生物分子在双水相系统中的实际分配是生物分子与双水相系统间静电作用、疏水作用、生物亲和作用等共同作用的结果。InK = InKm+InKe+In Kh+InKb+InKs+InKc式中, Ke-静电作
21、用对溶质分配系数的贡献;Kh- 疏水作用对溶质分配系数的贡献;Kb-生物亲和作用对溶质分配系数的贡献;Ks- 分子大小对溶质分配系数的贡献;Kc- 分子构型影响对溶质分配系数的贡献;Km -除上述因素外的其它因素影响对溶质分配系数的贡献。影响组分在双水相系统中分配的主要因子 1.聚合物的分子量2.成相溶液的浓度3.pH值4.无机盐5.温度第五章离子交换膜 按其功能和结构的不同,可分为阳离子交换膜、阴离子交换膜、两性交换膜、镶嵌离子交换膜、聚电解质复合膜5种离子交换膜可制成均相膜和非均相膜两类气体渗透的推动力为分压差,反渗透的推动力为压力差,超滤的推动力也是压力差,渗析的推动力为浓度差,电渗析的
22、推动力为电位差。液膜分离法是利用液体把被分离物包裹成为乳化型液膜而被分离。膜分离技术的(关键是膜的选择),选择膜时(首先要考虑原料的性质)。微孔膜分无机物与高分子聚合物两类。微孔膜具有较高的渗透性,但选择性较低。非对称膜由极薄的活化皮层和较厚的多孔支撑层组成。离子交换膜按其功能和结构的不同,可分为阳离子交换膜、阴离子交换膜、两性交换膜、镶嵌离子交换膜、聚电解质复合膜5种。离子交换膜可制成均相膜和非均相膜两类。Reid等提出在醋酸纤维素膜中,由于氢键和范德华力的作用,大分子之间是牢固结合的,形成晶相区域和非晶相区域。在非晶相区,水与醋酸纤维素羰基上的氧原子形成氢键,形成所谓的(结合水”)。在结合
23、水中依靠氢键与膜保持紧密结合的称为一级结合水,保持较松散结合的称为二级结合水。反渗透的膜材料必须是亲水性的,能与水形成氢键。水在膜中的迁移主要是扩散。另外盐的渗透与孔穴形成的几率有关,(孔穴的形成是高分子布朗运动的结果)。反渗透的膜材料必须是亲水性的,能与水形成氢键。水在膜中的迁移主要是扩散。另外盐的渗透与孔穴形成的几率有关,孔穴的形成是高分子布朗运动的结果。纯水层的厚度与溶液及膜的化学性质有关。这种分离不是简单的筛分和超过滤作用,而是与孔的结构有关,包括与纯水层厚度、膜的厚度、孔径与孔分布、孔隙率、支撑层孔隙大小等有关。溶解扩散理论溶剂与溶质透过膜的机理是由于溶剂与溶质在膜中的溶解。在化学位
24、差的推动力作用下,使之透过膜。溶解扩散理论认力膜可以是均质膜,或非均质多孔膜但表面具有致活化层,或超薄膜。反渗透方法适用于无机或有机物质的水溶液或非水溶液的分离。反渗透主要是利用溶剂或溶质对膜的进择性渗透原理。反渗透分离容质的物理化学准则溶质、溶剂、聚合物的相互作用它们相互作用的结果决定了膜溶液界面上优先吸附的是溶剂还是溶质,或者两者皆不吸附。分离有机溶质的物理化学准则极性参数 极性参数就是表达有关分子的酸性(给予质子的特性)或碱性(接受质子的特性)在膜分离中所起的作用。酸性和碱性值 酸性值是表示一种酸给予质子能力的相对量度,也就是氢键键合能力大小的量度。 碱性值是表示一种碱接受质子能力大小的
25、相对量度。pka值 pka值为溶质的解离常数。解离常数是溶成分子的酸性或碱性的定量量度。 一元羧酸的分离主要受pKa值的影响。pKa值减少,表示溶液的酸性增加,形成氢键的结合能力增加,水的优先吸附能力下降,导致分离度下降。羟基羧酸的分离 溶质的分离效果通常按下列顺序排列:单羟基-三羧酸(柠檬酸)二羟基-二羧酸(酒石酸)单羟基二羧酸(苹果酸)单羟基一羧酸(乳酸)一元酸(醋酸、丙酸、丁酸、戊酸和苯甲酸),说明溶质分子中极性官能团数目的增加,其优先吸阻作用增大,溶质的分离度较高,但溶剂透过速率变化不大。影晌反渗透操作的因素1.浓度差极化 浓度差极化现象主要由界面溶液的边界层厚度来控制。2. 膜的压实
26、3.膜的降解 膜的降解包括化学降解和生物降解两种。4.膜的结垢膜材料 目前在工业上应用的膜材料生要有醋酸纤维素和芳香聚酞胺两大类。膜材料的物化稳定性 膜的抗氧化性能,决定于分离溶液的性质和膜材料的化学结构。超滤既有筛分过滤的作用,又有选择性渗透的作用。超滤膜的特性 (一)膜结构 膜结构是指膜的形态、结晶态和分子态结构。我们可利用电子显微镜、x射线衍射、差热分析、红外线扫描、双折射等方法来研究膜表面的高分子聚集态和高分子链节的取向。低压的超滤膜呈指状结构,许多超滤膜具有海绵状的网络结构,它的形成是在制膜过程中利用溶质-凝胶相的转化,气泡破裂后膜收缩,膜表面形成开放式网络结构。工业用膜组件 工业上
27、用的膜组件有管式、平板式、卷式和中室纤维式等对膜组件的基本要求为:膜的装填密度高,膜表面的溶液分布均匀、流速快,膜的清洗、更换方便,造价低,截留率高,渗透速率大。管式组件 管式组件按照管径的不同分为粗管、毛细管和纤维管。 管式组件按照压力分布可以分为内压式和外压式 管式组件又可分为 单管式和列管式,还可组成串联与并联式。膜分离用泵分容积式与非容积式两类。容积式泵主要有往复式与旋转式两种非容积式泵上要有离心泵、旋涡泵等。非容积式泵上要有离心泵、旋涡泵等。离心泵的优点是:结构简单,价廉,安装容易;缺点是:压头变化,流量也随之变化,且压头较低,不适用于粘性液体。膜分离工艺流程 所谓一级是指进料液经一
28、次加压反渗透或超滤分离;二级是指进料液必须经过两次加压反渗透或超滤分离。在同一级中,排列方式相同的组件组成一段。亚洲国家如日本、新加坡、韩国、印尼与中国等也都积极发展或应用海水淡化做为替代水源,以增加自主水源的数量。膜反应器有多种形式:搅拌式平板膜反应器、管式膜反应器、中空纤维反应器、复合膜(半透膜和酶凝胶层结合反应器、微囊化酶等等。电渗析分离技术 电渗析属于离子交换膜分离技术。电渗析利用半透膜的选择透过性来分离不同的溶质粒子(如离子)的方法称为渗析。在电场作用下进行渗析时,溶液中的带电的溶质粒子(如离子)通过膜而迁移的现象称为电渗析。利用电渗析进行提纯和分离物质的技术称为电渗析法。 膜的极化
29、是指再离子交换膜表面发生水离解的现象 乳化型液膜可分为油包水型和水包油型阴离子型表面活性剂有: 1 羧酸类:脂肪酸、松香酸、支链烷酸等 2 硫酸酯类:乙酸硫酸酯、烯烃硫酸等 3 烷基苯磺酸类:烷基苯磺酸盐、烷基萘磺酸盐等4 磷酸酯类:烷基磷酸酯、二烷基磷酸酯等。阳离子型表面活性剂主要是各种胺盐,如十八(烷基)胺、十二(烷基)胺等。非离子型表面活性剂有:烷基酚的聚乙烯醚衍生物、烷基硫醇、醇类等。醇类包括了山梨醇、季戊四醇等。山梨醇是较好的表面活性剂。液膜分离包括无载体与有载体第六章 絮凝首先是从凝聚开始。 凝聚是指胶体及悬浮物颗粒表面电荷被中和,静电排斥力消失,颗粒脱稳而形成细小的凝聚体的过程。
30、絮凝分离枝术的应用主要是除杂利用絮凝炸用迸行分离的对象为溶液中的胶体粒子或悬浮物颗粒。絮凝作用其基本点是以胶体颗粒间的吸引能和排斥能的相互作用来解释胶体的稳定性和产生絮凝沉淀的原理桥连作用一 种是通过电荷的中和而桥连,这种类型发生在带负电的胶体颗粒与带正电的阳离子高什子絮凝剂之间,这类阳离子高分子絮凝剂通常是聚丙烯酰胺的共聚物。第二种桥连类型是带正电的胶体颗粒与带负电荷的有机高分子絮凝剂 之间的桥连。使胶体溶液产生絮状沉淀所需的最小电解质浓度,就叫做絮凝值,也叫聚沉值影响絮凝作用的因素 1.pH值对絮凝作用的影响2.温度对絮凝作用的影响3.搅拌速度和时间对絮凝的影响4.高分子絮凝剂的性质和结构
31、对絮凝的影响5.有机高分子絮凝剂的相对分子质量对絮凝作用的影响6.絮凝剂的用量对絮凝作用的影响第七章泡沫分离:泡沫分离是以泡沫作为分离介质,以组分之间的表面活性差异作为分离依据,利用气体在溶液中的鼓泡来达到浓集物质的一种新型分离技术。凡是利用泡沫进行分离的方法,都可统称为泡沫分离法泡沫分离 Foam separationA 泡沫分馏法 Foam fractionationB 泡沫浮选法Froth Flotation1. 矿物浮选 Ore Flotation2. 微粒浮选 Macro Flotation3. 沉淀浮选 Precipitate Flotation 4. 离子浮选 Ion Flota
32、tion5. 分子浮选 Molecular Flotation6 吸附胶体浮选 Adsorbing Flotation表面过剩:当a和b 两种不完全相混的液体接触时,交界处并非是一个界限分明的几何表面,而是一个界限不很清楚的薄层。在此薄层s中,成分及性质在纵向上都是不均匀的。此薄层即为表面相,如图所示。 在a和b相中取二平行平面A与B,在s相中取一与A,B平行的平面S ,以Va和Vb代表自体相内部直到S面的两相的体积。如果在Va和Vb内体系是均匀的,则整个体系的摩尔数ni将是:ciaV a+ cib V b , 式中cia和cib分别代表i组分在a和b相中的浓度。但在s相中体系是不均匀的,故:
33、ni ciaV a+ cib V b, 以ni s表示此差别,即: ni s ni-( ciaV a+ cib V b) 单位面积上的ni s为表面过剩G i ni s A 由式可知, G i与一般的浓度单位不同。 首先,由于它表示的是过剩量,因此其值可为正值,也可为负值。 G i为正值表示i组分在表面相中的浓度高于体相中的浓度。 G i为负值则表示i组分在表面相中的浓度低于在体相中的浓度。 其次,G i的单位是摩尔数面积,而不是一般的浓度单位摩尔数体积。第八章结晶是物质由液态或气态通过一定条件转变成晶体的过程。晶体1.是许多性质相同的粒子(包括分子、原子或离子)在三维空间中排列成有规则格子状
34、的固态物质。2.围绕晶体的天然平面称为晶面,3.二个晶面的交线称为晶棱,4.而晶体中每个格子称为晶胞。5.某些液体内部结构与固态晶体一样,明显地具有规律性的空间排列,这种液体称为液态晶体或液晶。晶体的性质 1.晶体具有方向性和多向差异性2.晶体具有一定的对称性3.晶体物质较纯 4.同质多晶现象 物质能否形成晶体,取决于该物质的本性。这是结晶的先决条件。能够形成晶体的无机化合物有:NaCl、Na2SO4.、NH4Cl、(NH4)2HPO4、MgSO4、KCl、KNO3、K2SO4许多盐类以及尿素等。能够形成晶体的有机小分子物质有:各种有机酸、单糖、氨基酸、核苷酸、维生素、辅酶、双糖等。 多糖、蛋
35、白质、核酸和酶等生物大分子形成晶体就困难些,其中一些结构复杂、对称性不好的核酸、蛋白质和酶等,迄今仍末获得晶体。溶质要形成晶体,必须要有一定的纯度。这是结晶的必要条件之一。能够形成晶体的物质,只有在一定的浓度时,才能形成晶体。这是因为: 结晶形成的最主要条件是在一定的浓度下,结晶粒子有足够的碰撞机会并按一定的速率定向地排列聚集才有晶体的形成。 溶液的浓度状态与结晶之间的关系是: 当溶液处于不饱和状态时,溶质可溶解至饱和,当溶液处于饱和状态时,溶质不再溶解,也不会有晶体析出,当溶液达到过饱和状态时,这时会有溶质析出,然后回到饱和状态。晶体的形成就是在溶质的析出过程中实现的。只有当溶液处于稍稍超过
36、饱和状态时,溶质的粒子有足够的碰撞机会并按一定的速率定向地排列聚集而形成晶体,形成晶体的速度又大于晶体溶解的速率,晶体便得以形成和成长。晶核的形成方式一般可分为二种:一种是在过饱和溶液中自发形成的晶核,此种方式称为“一次成核”或同相结晶化.另一种方式是从外界加入晶种而诱发产生的晶核,此种方式称为“二次成核”或“异相结晶化”。晶核生长的机理解释 晶核从过饱和的溶液中生成之后,便会继续生长。溶液中的溶质最终变为晶体组成部分,首先要从溶液本体穿过靠近晶体表面的一个静止液层,到达晶体表面,然后在晶体表面的适当位置参加到晶格中去,成为晶体的一部分。前一过程为扩散过程,后一过程是表面反应过程。 依实验条件
37、不同,过程的控制步骤可以不同。在较低温度下,过程可能是表面反应控制,当温度升高时,表面反应速率有很大提高,而扩散速率的提高则有限,过程即变为扩散控制。二维成核的机理认为:晶体表面先要生成一个凸起的晶核,然后溶质以它为中心呈二维生长,覆盖晶面,使晶体长大。然后再形成新的表面上的晶核,晶体再生长一层。当晶核生长较快时,晶面可有多个晶核产生。这些晶核都是二维生长的中心。晶体的不完整或缺陷处的凸起构成了生长中心。在晶体有位错时,晶体沿位错生长成为螺旋形。晶体在各个晶面上生长的速率可能是不同的。有时在尖角部位晶体生长占优势,便晶体生长为星状。当然也有的晶体生长是采取无定形沉淀方式。在过饱和皮较高时,微小
38、结晶有可能通过形成聚集体而继续生长。这样品体的生成大体上是四种类型:1.位错螺旋状结晶、2.两维结晶、3.树枝状或星状结晶4.无定型沉淀影响晶体生成的因素度的影响 A 温度的影响1.温度影响到溶质的溶解度2.温度影响晶体形态B.pH值的影响 溶液中pH值的变化主要影响到溶质的溶解度,因此也就影响到溶质的结晶过程。C.结晶时间的影响D.搅拌的影响结晶方法可概括为两大类, 一类是采用去除一部分溶剂的方法,如蒸发浓缩而使溶液处于过饱和状态而有晶核形成。 另一类是通过加沉淀剂及降温技术,也可使溶液处于低度饱和状态,使溶质形成晶核。蒸发浓缩结晶法此法又分为两种,一是采用真空蒸发来获得过饱和溶液,另一种是
39、绝热蒸发(或称闪急蒸发).加沉淀剂结晶法 (一)盐析结晶法盐析结晶法按加盐方式的不同,有加固体盐法和加饱和盐溶液法两种。1、加固体盐法2、加饱和盐溶液法 (二)加有机溶剂法 1、直接加有机溶剂法 乙醇是应用得最广泛的有机沉淀剂和蛋白质变性剂,同时也是使用得最广泛的有机结晶溶剂,如用于酶、蛋白质、单糖、双糖等成分的结晶等。2.利用挥发性溶剂蒸发结晶法3.等电点结晶法4.温差结晶法应用反应结晶方法分离制备的物系有碳酸钇结晶物系、CaCl2与Na2CO3反应结晶产生方解石结晶体系、十二水合磷酸氢钠的结晶物系 、稀土(ReCI3)和碳酸氢铵反应物系及由SnCl与水反应生成氢氧化锡并分解生成氧化锡的结晶
40、物系等。所采用的反应结晶器多为釜式装置。第十章在色谱法中存在两相,一相是固定不动的,我们把它叫做固定相;另一相则不断流过固定相,我们把它叫做流动相。色谱法分类 按不同的条件有多种分离方法按两相物理状态分类气相色谱法(GC):气液色谱(GLC)、气固色谱(GSC)液相色谱法(LC):液固色谱(LSC)、液液色谱(LLC)超临界色谱法(SFC):超临界流体是处于高于临界压力与临界温度时的一种状态,具有气体的低黏度、液体的高密度,扩散系数位于两者之间,性质介于液体和气体之间。可处理高沸点、不挥发试样;比LC有更高的柱效和分离效率。按固定相的形式分类柱色谱(CC):填充柱色谱和毛细管 柱色谱: 纸色谱
41、(PC)薄层色谱(TLC)按分离过程中原理分类吸附色谱:如气固吸附色谱、液固吸附色谱 分配色谱:如气液分配色谱、液液分配色谱。离子交换色谱、亲和色谱、 凝胶色谱、 聚焦色谱。吸附色谱法是指混合物随流动相通过吸附剂时,由于该吸附剂对不同物质有不同的吸附力而使混合物分离的方法。凡是能够将其他物质聚集到自己表面上的物质,都称为吸附剂;聚集于吸附剂表面的物质就成为吸附物。离子交换色谱特点1.离子交换色谱特点吸附的选择性高2. 适应性强3. 多相操作聚焦色谱分离技术是利用具有两性电解质特点的组分如氨基酸、蛋白质、酶等在等电点上的差异,当混合物流经具有pH梯度的固定相时,各组分在相应的等电点上进行聚焦而得
42、以分离的高分辨率分离技术。亲和层析的概念 利用固相载体上的配基对目标组分所具有的专一的和可逆的亲和力而使生物分子分离、纯化的一种层析技术,称为亲和层析或亲和色普分离技术自然界中主要的生物对包括:酶及其底物、抑制剂、辅酶或辅基;抗体与抗原,病毒和细菌;外源凝集素与多糖、糖蛋白,细胞表面受体和细胞;核酸与互补的碱基序列、组蛋白、核酸聚合酶、结合蛋白;激素与激素受体;细胞与细胞表面特异蛋白、外源凝集素。和其他分离技术相比,亲和层析具有下列的优点;(1)分离过程为一步性操作,过程简单迅速,分离效率高,从而克服了其他分离技术中存在的分离步骤繁琐、操作时间长、分离效率低的缺点。(2)操作条件温和。对含量极
43、少而又不稳定的活性物质的分离比较有效。 (3)选择性和效率都较高,甚至能从粗提取液中一步分离便获得极高的纯化倍数。 缺点1. 使用范围受到很大的限制。2. 层析所要求的稳定条件也往往受到很大的限制。3. 载体的费用较高,寿命较短。在酶和底物的特殊亲和作用中有两点值得注意:1. 大多数底物的分子都比酶分子小,只有少数是例外,因此在以底物作配基时,往往需要引入“手臂”,以消除“空间阻碍”。2. 反应速度开始时随底物浓度增加而增加。但当达到某一定值后,反应速度就不再增加,酶的结合部位就被底物所饱和。亲和层析由此特性来决定配基的量,即应先决定反应的动力学常数。对载体的要求 1.不溶性,对水具有亲和性而
44、不溶于水 2. 渗透性,具有疏松网状结构,容许大分子自由通过3. 具有较高的硬度和合适的颗粒度4.具有较低的吸附力,防止非专一性的吸附5.具有较好的化学稳定性并能抗微生物的侵蚀和酶的降解6.活化方便,如与配基的连接方亲和层析一般采用柱层析法 平衡缓冲液和样品液的选择pH值一般选用有利于生物对结合的pH值。温度常在4下进行,一则可防止生物大分子热变性失活;二则有利于亲和双方形成络合物。固定化金属离子亲和层析基本原理 组氨酸的咪唑基团,半胱氨酸巯基,色氨酸的吲哚基团可提供电子,与金属离子结合。当这些氨基酸残基与金属离子结合后,含这些残基的蛋白质在亲和层析柱中受到阻滞。用螯合剂将金属离子固定在固体表
45、面会减少蛋白质一金属相互反应的自由度,蛋白质也因此不容易失活,在后续的分离纯化过程中仍然保持较高活性。固定化金属离子亲和层析柱的制法 将柱子浸没于某种金属离子(如 Cu 2 +、Zn 2+ 、Ni2+、C02 )缓冲液中,直至螯合到固定相上的金属离子和溶液中的金属离子达到平衡。固相载体,通常是多聚物(如交联化的琼脂糖,葡聚糖),配位体(亚氨基二乙酸), 共价连接当在缓冲液中浸泡平衡后,经洗涤,可将含有生物活性物质的样品上柱,与固定化金属-配基有亲和力的分子都将被滞留,其余则流出柱外。免疫亲和层析 抗原和抗体的作用具有高度的专一性,并且它们的结合亲和力极强。因此用适当的方法将抗原或抗体结合到层析
46、剂上,便可有效的分离和纯化各自互补的免疫物质。抗体通常是从血清、杂交瘤上清或腹水中获得。染料亲和层析 一些有机染料如蒽醌化合物和偶氮化合物具有类似于NAD 的结构,因此一些需要核苷酸类物质为辅酶的酶,对这些染料有一定的亲和力,如果这些染料作为配基共价偶联到纤维素或琼脂糖等多糖载体上,就能制得染料亲和层析柱。多肽亲和层析 多肽是亲和层析纯化生物大分子更有效的配基。因为其只含有一些氨基酸,所以即使脱落进入产物中也不会引起免疫反应。多肽配基与抗体配基比较起来稳定性更好,它们能在GMP条件下进行大规模的无菌生产,可以大大降低成本。凝胶色谱法又称分子排阻色谱法。根据分离的对象是水溶性的化合物还是有机溶剂
47、可溶物,又可分为凝胶过滤色谱(GFC)和凝胶渗透色谱(GPC)。 GFC一般用于分离水溶性的大分子,如多糖类化合物。凝胶的代表是葡萄糖系列,洗脱溶剂主要是水。第十一章吸着是指气体或液体等流动相与多孔颗粒的固定相接触时,流动相中一种或多种组分有选择地被保留于颗粒固定相上的过程。吸附是指固体表面或液体表面对气体或溶质的吸着现象,也就是在流动相与固定相界面处产生溶质组分的浓缩现象。作为固定相的称为吸附剂,而在固定相上产生浓缩的组分则称为吸附质。吸附从其性质来分,可分为物理吸附和化学吸附两大类。 物理吸附是由于吸附剂与吸附质分子间的相互吸引力作用的结果,因此也称为范德华吸附。物理吸附是一种可逆的过程,可以随着操作条件的改变而形成吸附与解吸的转换化学吸附是指由于类似于化学键的作用所引起吸附剂和吸附质分子间的相互作用而产生的吸附。 化学吸附过程是一种不可逆的过程。物质在较低温度下的吸附现象多为物理吸附。物理吸附不具有专一性。物质在较高温度下的吸附多为化学吸附,同时化学吸附具有专一性。吸附分离技术过程:吸附 解吸 吸附剂的再生 吸附分离
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