生物分离工程 第二、三章综合测试

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第二章 过滤和离心 第三章 细胞破碎

一、名词解释、

1. 凝聚:就是向胶体悬浮液中加入某种电解质，使胶粒的双层电位降低，排斥作用降低，使胶体体系不稳定，胶粒

间因相互碰撞而产生凝聚的现象。

2. 絮凝：当一个高分子聚合物的许多链节分别吸附在不同的胶粒表面上，产生架桥联接，形成较大凝絮团的过程。 3. 助滤剂：是一种不可压缩的多孔微粒，能使滤饼疏松，滤速增大。

4. 分离因数 ：是指离心设备所能达到的离心力与重力加速度的比值，用Z表示。Z=4π2N2r/g

5. 盐溶：在蛋白质水溶液中，加入少量的中性盐，如硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等，会增加蛋白质分子表面

的电荷，增强蛋白质分子与水分子的作用，从而使蛋白质在水溶液中的溶解度增大。这种现象称为盐溶。

6. 盐析：蛋白质在高离子强度的溶液中溶解度降低，发生沉淀的现象称为盐析。

7. 包含体：外源基因表达的产物不能分泌到细胞外，而且在细胞内凝聚成没有生物活性的固体颗粒。

8. 高压匀浆法：也称高压剪切破碎法，是利用高压匀浆器破碎细胞的一种方法。即细胞悬浮液在高压作用下从阀

座与阀之间的环隙高速喷出后撞击到碰撞环上，细胞在受到高速撞击作用后，急剧释放到低压环境，从而在撞击力和剪切力等综合作用下破碎。

9. 珠磨法：是指在搅拌机的高速搅拌下微珠高速运动，微珠与微珠之间以及微珠和细胞之间发生冲击和研磨，使

悬浮液中的细胞受到研磨剪切和撞击而破碎。

10. 酶溶法：酶溶法利用溶解细胞壁的酶处理菌体细胞，使细胞壁受到部分或完全破坏后，再利用渗透压冲击等方

法破坏细胞膜，进一步增大细胞内产物的通透性。

11. 超声破碎法：超声波破碎发是利用发射15~24kHZ的超声波探头处理细胞悬浮液。是在超声波作用下发生空化

作用，空穴的形成、增大和闭合产生极大的冲击波和剪切力，使细胞破碎。

12. 空化现象：在相当高频率的超声波作用下，液体产生空穴泡，这种空穴泡在超声波继续作用下膨大和破碎，从

而产生极强的剪切力，使细胞破碎。

13. 有机溶剂沉淀：向蛋白质溶液中加入丙酮或乙醇等水溶性有机溶液，水的活性降低，随着有机溶剂浓度的增大，

水对蛋白质分子表面荷电集团或亲水集团的水化程度降低，蛋白质分子间的静电引力增大，从而凝聚和沉淀。 14. 等电点沉淀：蛋白质在PH值为其等电点的溶液中静电荷为零，蛋白质之间静电排斥力最小，溶解度最低。利

用蛋白质在PH值等于其等电点的溶液中溶解度下降的原理进行沉淀分级的方法称为等电点沉淀。 二、选择题

1. B 可以提高总回收率。

A.增加操作步骤 B.减少操作步骤 C.缩短操作时间 D.降低每一步的收率 2.重力沉降过程中，固体颗粒不受 C 的作用。 A.重力 B.摩擦力 C.静电力 D.浮力 3.过滤的透过推动力是 _D__ 。

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A.渗透压 B.电位差 C.自由扩散 D.压力差 4.在错流过滤中，流动的剪切作用可以 B 。

A.减轻浓度极化，但增加凝胶层的厚度 B.减轻浓度极化，但降低凝胶层的厚度 C.加重浓度极化，但增加凝胶层的厚度 D.加重浓度极化，但降低凝胶层的厚度 5.目前认为包含体的形成是部分折叠的中间态之间 A__ 相互作用的结果。 A.疏水性 B.亲水性 C.氢键 D.静电

6.菌体和动植物细胞的重力沉降操作，采用 D 手段，可以提高沉降速度。 A.调整pH B.加热 C.降温 D.加盐或絮凝剂

8.高压匀浆中影响细胞破碎的因素主要有压力、循环操作次数和（ A ） A．温度 B. 细胞大小 C. 介质密度 D. 环隙大小 7.超声波破碎法利用的是细胞在超声波作用下产生的（ C ）

A．震荡作用 B. 温差效应 C. 空化作用 D. 气穴效应 8.当需要提取细胞膜附近物质时应采用（ C ）

A.超声破碎法 B. 珠磨法 C. 酶溶法 D. 显微分离法 9.蛋白质溶解度与离子强度呈（ D ）关系

A.正比 B.反比 C. 取决于蛋白种类 D. 对数

10.溶菌酶在2.8m/L和3.0m/L硫酸铵溶液中溶解度分别为1.2g/L和0.26g/L，则在3.5m/L硫酸铵中溶解度是多少（ ）

A. 0.0056g/L B. 0.00056g/L C. 0.0048g/L D. 0.00048g/L 11.影响沉降速度的因素？（A、B、D ）

A.颗粒直径 B.颗粒密度 C.液体体积 D.液体粘度 12.下列物质中，细胞破碎最容易的是（ G- ） A.G+ B.G- C.酵母 D.霉菌 13.以下哪种细胞破碎最容易？（B）

A.植物细胞 B.动物细胞 C.细菌细胞 D.藻类细胞 14.以下影响盐析的因素有？（B C D）

A.所用器具 B.温度 C.无机盐 D.pH值 15.盐的种类主要影响Ks，下列阴离子排序中正确的是（ C ） A.CHCOOˉ﹥Clˉ﹥SCNˉ﹥Iˉ B.Clˉ﹥CHCOOˉ﹥SCNˉ﹥Iˉ C.CHCOOˉ﹥Clˉ﹥Iˉ﹥SCNˉ D.Clˉ﹥CHCOOˉ﹥Iˉ﹥SCNˉ

16.下列几个选项中那些是最常用的发酵液的预处理方法：（ A、C ） A. 凝聚 B. 萃取 C. 絮凝 D. 透析 17. 蛋白质沉淀中，常用的有机溶剂沉淀剂有哪些：( C ) A .苯 B. 丙酮 C. 乙醇 D. 四氯化碳

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18.表示离心机分离能力大小的重要指标是 C . A.离心沉降速度 B.转数 C.分离因数 D.离心力

19.差速区带离心的密度梯度中最大密度 B 待分离的目标产物的密度. A.大于 B小于 C.等于 D.大于或等于

20. 以下蛋白质沉淀的方法中，沉淀产品需要后继的脱盐操作的是：( ) A．盐析沉淀 B等电点沉淀 C有机溶剂沉淀 D均不需要

21. 在Cohn方程中，logS=β-KsI中，盐析常数Ks反映 C 对蛋白质溶解度的影响。 A.操作温度 B.pH值 C.盐的种类 D.离子强度

22. 在Cohn方程中，logS=β-KsI中，β常数反映 B 对蛋白质溶解度的影响。 A.无机盐的种类 B.pH值和温度 C.pH值和盐的种类 D.温度和离子强度

23. 在相同的离子强度下，不同种类的盐对蛋白质盐析的效果不同， 一般离子半径 A 效果好。 A.小且带电荷较多的阴离子 B.大且带电荷较多的阴离子 C.小且带电荷较多的阳离子 D.大且带电荷较多的阳离子 24. 盐析沉淀时，对 A 蛋白质所需的盐浓度低。

A.结构不对称且高分子量的 B.结构不对称且低分子量的 C.结构对称且高分子量的 D.结构对称且低分子量的 25.蛋白质溶液的pH接近其等电点时，蛋白质的溶解度 B 。 A.最大 B.最小 C.恒定 D.零

26. 有机溶剂沉析时，下列对溶剂的选择依据描述错误的是：（ D ） A.介电常数要大 B.致变性作用要小 C.毒性要小、挥发性适中 D.水溶性有机溶剂 27. 絮凝的现象特点（ B ）

A.颗粒比较细小 B.形成粗大凝体 C.形状不规则化 28. 以下不可用于当做助滤剂的物质是（ B）

A.硅藻土 B.蛋白质 C.活性碳 D.淀粉 29. 细胞破碎中，以下是属于机械破碎的是（A、D ）

A.珠磨法 B.化学法 C.渗透压法 D.高压匀浆法 30. 可以用于化学渗透法的化学试剂（B ）

A.丁二醇 B.甲苯 C.苯酚 D.乙醇 31. 在细胞破碎中的酶溶法中的外加酶法中，不包含的酶是（ D ） A.纤维素酶 B.溶菌酶 C.淀粉酶 D.蛋白酶 32. 下列属于革兰氏阳性菌细胞壁结构的是（A）

A .肽聚糖 B .甘露聚糖 C. 脂多糖 D.纤维素 33.有关微生物的细胞组成正确的是（C ）

A.革兰氏阳性菌壁厚20～80nm，多层，肽聚糖含量40%～90% B.革兰氏阴性菌壁厚10～13nm，多层，脂多糖含量1%～4%

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C.酵母菌壁厚100～300nm，多层，葡聚糖含量30～40% D.霉菌壁厚100～250nm，多层，纤维素含量80%～90% 34.超声波破碎细胞原理（B ） A.固体剪切力 B.液体剪切力

C.非机械剪切力 D.声波直接作用于干细胞膜使细胞破裂 35.在蛋白质提取过程中进行细胞破碎的目的是（C ） A.追求最大破碎率 B.使细胞内物全部释放出来 C.是目标物质最大限度释放出来 D.使下阶段的过滤阶段速度更快

36.若离心机的转速n提高一倍，其他条件不变，则分离因数将为原来的（ C ） A.2倍 B. 倍 C.4倍 D.1/2 37.以下表达式中正确的是（ B ） A.过滤速率与过滤面积的平方成正比 B.过滤速率与过滤面积A成正比 C.过滤速率与所得滤液体积成正比 D.过滤速率与液体粘度成正比

38.离心设备的分离因数与哪些有关（ A、B） A.离心设备的旋转半径 B.角速度 C.功率 D.设备容量

39.重力沉降分离细胞时菌体细胞体积很小，沉降速度慢，应事先做预处理（A、B ） A.絮凝 B.凝聚 C.加热 D.离心 40.下列哪种细胞破碎适合高速匀浆法（A ）

A.酵母菌 B.革兰氏阳性菌 C.丝状或团状真菌 D.还有包含体的基因工程菌 41.关于沉淀和结晶的表述中不正确的是（ A ）

A.沉淀是物理环境变化引起的溶质溶解度降低生成固体凝聚物的现象 B.结晶是溶解度降低引起的固体成相现象 C.沉淀形成定形固体颗粒成分复杂 D.沉淀纯度远低于结晶

42.下列有关蛋白质沉淀方法不正确的是（ B ）

A.无机盐盐析 B.调节PH C.加入有机溶剂 D.加热

43.对于蛋白质溶解度与离子强度之间的关系说法正确的是（C ）

A.溶解度与离子强度成正比

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B.溶解度与离子强度成负线性关系 C.溶解度的对数与离子强度成负线性关系 D.它们之间无必然联系

44.关于蛋白质盐析影响因素中说法正确的是(A、B、C ）

A.不同蛋白质β值相同

B.Ks值随蛋白质相对分子质量增大或分子不对称性的增强而增大 C.温度和pH能影响蛋白质盐析 D.压强增大，盐析难度增大

45.在选择盐析的无机盐中说法正确的是（ A、B ）

A.溶解度大

B.溶解度受温度影响较小 C.盐溶液密度不高

D.硫酸铵为强酸弱碱盐能使PH值降低在高PH值下放出氨气，并且腐蚀性强有毒，所以硫酸铵不是很好的盐析无机盐

46.在用硫酸铵做蛋白质盐析沉淀剂时，从饱和度20%增加的40%，需要加入硫酸铵质量（ ）

A.120.0g B. 121.4g C.125.6g D.128.0g 47.关于盐析沉淀蛋白质的说法中正确的是（ A ） A. 盐析沉淀得到的目标产物含盐量高，一般需要脱盐。 B.盐析沉淀蛋白质只能用于初级纯化，不能用于高度纯化 C.采用等电点沉淀比盐析更加优越

D.盐析沉淀时为使蛋白质沉淀完全，盐浓度尽可能高。 48.下列有关离心沉降速度不正确的是：（ C ）

A．密度差越大，离心沉降速度越快；

B．在密度差存在下，固体颗粒尺寸越大，越容易离心； C．液体粘度越大，越容易离心；

D．在密度差较小、固体颗粒尺寸不大的情况下，可以增加离心力来提高分离效率。 49. 若被过滤液体的固形物含量在1%-10%之间,则应选则何种过滤方式:( B )

A. 真空转鼓过滤 B.板式过滤 C. 助滤剂过滤 D.澄清过滤

三、填空题

1. 在细胞分离中，细胞的密度ρS越 _____，细胞培养液的密度ρL 越______，则细胞沉降速率越大。 2. 过滤中推动力要克服的阻力有 ______阻力和 _______阻力，其中 ______占主导作用。

3. 重力沉降过程中，固体颗粒受到____力，_____力，______力的作用，当固体匀速下降时，三个力的关系

_________________________。

4. 为了提高最终产品的回收率：一是提高_________________，二是减少_______________。 5. 区带离心包括__________区带离心和___________区带离心。

6 6. 单从细胞直径的角度，细胞___________，所需的压力或剪切力越大，细胞越难破碎。 7. 当离子强度较高时，蛋白质溶解度的对数与离子强度之间呈_________关系。

8. 降低蛋白质周围的 和 厚度，可以破坏蛋白质溶液的稳定性，实现蛋白质沉淀。 9. 常用的有机溶剂沉淀剂有 、 。 10. 常用的盐析作用的盐有 、 。 11. pH值接近蛋白质等电点有利于 盐析效果。

12. 盐析常数KS值随蛋白质 或 而增大，盐析沉淀结构不对称的高相对分子质量蛋白质所需的盐

较低，对特定蛋白质影响盐析的主要因素是 ， ， 和 。 13. Cohn方程中，Ks越 ，β值越 ，盐析效果越好。

14. 由于菌体细胞体积很小，沉降速度很慢。因此，实用上需使菌体细胞 后在进行沉降操作。 15. 细胞的非机械破碎方法有 ， ， 。

16. 细胞的机械破碎主要有 、 、 和 等方法。 17. 高压匀浆中影响细胞破碎的因素主要有 、 和

18. 蛋白质的沉淀可采用恒温条件下添加各种不同试剂的方法：__________、__________、__________。 19. 蛋白质沉淀常用的方法有： 、 、 及 20. 工业上常用的离心机有以下两种：______________、________________。

21. cohn经验方程中可知，溶解度与强度之间的关系是：_______________________________

22. 细胞破碎方法主要分为______和______，其中应用最为广泛的是_______、_______、_______、_______和

______。

23. 过滤的透过速度可用公式

表达，式中A为_________，△p为________，Q为________，μ

L_________，Rm为________，Rc为________。 24. 发酵液常用的固液分离方法有 和

25. 分离因数是衡量离心程度的参数，用Z表示，写出其表达式 26. 防止蛋白质沉淀的屏障主要有 和 。

27. 蛋白质溶液的pH在其等电点时，蛋白质的静电荷数

28. 等电点沉淀的操作条件是 和 。由于蛋白质的等电点多在偏 性的范围内，故等

电点沉淀操作中，多通过加 调节PH值

29. 等电点沉淀适用于 较大的蛋白质，所以等电点沉淀不如盐析沉淀应用广泛，但该法仍不失为有效的蛋

白质初级分离手段。

30. 有机溶剂沉淀时，蛋白质的相对分子质量越 ，则有机溶剂用量越 ；在溶液等电点附近，则溶剂用

量越

31. 过滤前的预处理需加入＿＿＿，使用的方法有两种：一是＿＿＿＿＿＿＿＿，二是＿＿＿＿＿＿＿＿。滤液的透过阻力来自两个方面，即＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

32. 革兰氏阳性菌的细胞壁主要由＿＿＿＿＿组成，革兰氏＿性菌的细胞壁比革兰氏＿性菌坚固，较难破碎。 33. 酶溶法分为＿＿＿＿＿和＿＿＿＿。其中＿＿＿＿＿适用于革兰氏＿性菌细胞壁的分解，应用于革兰氏＿性菌时，需辅助＿＿＿＿＿使之更有效地作用于细胞壁。

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34. 当目标产物存在于细胞膜附近时，可采用较温和的方法，如＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿等；当目标产物存在于细胞之内时，则需采用强烈的＿＿＿＿＿＿＿＿；当目标产物处于与细胞膜或细胞壁结合的状态时，采用＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

35. 蛋白质的溶解度与离子强度的关系曲线上存在最大值，该最大值在＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿出现，在＿＿＿＿＿此离子强度的范围内，溶解度随离子强度的增大迅速＿＿＿＿

36. 影响蛋白质盐析的主要因素有＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿和＿＿＿＿＿。最常用的盐析沉淀剂是＿＿＿＿＿

37. 物质的溶解度随温度的升高而＿＿＿＿，但在离子强度较高的溶液中，升高温度有利于某些蛋白质的失水，因此温度升高，蛋白质的溶解度＿＿＿＿＿。

38. 在pH值接近蛋白质等电点的溶液中，蛋白质的溶解度＿＿＿＿，所以调节溶液PH值在＿＿＿＿＿附近有利于提高盐析效果。

39. 诱使杂蛋白变性沉淀的重要手段是＿＿＿＿＿＿＿＿或＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 40. 助滤剂主要有 、 、 、 等 41. 工业最常用的过滤设备有 、 。

42. 根据转速或离心力的不同，离心机可以分为 ， , 。 43. 离心设备从形式上可分为 , ， , 。 44. 常用助滤剂有 ， ， 。

45. 蛋白质是____________，蛋白质表面由不均匀分布的荷电基团形成的_________、__________和_________。 46. 固液分离采用最多的手段是 、 。

47. 微生物发酵液的特点是 , ， , 等。 四、判断题

1. 生物分离中常用的超速离心机转速可达到30000转以上。 （ ） 2. 用盐析法进行沉淀时，离子强度越大，蛋白质的溶解度越大。 （ ） 3. 影响蛋白质溶解度的因素有很多，当温度升高时蛋白质的溶解度减小。 （ ） 4. 絮凝可以形成细小的絮凝体。 （ ） 5. 高压匀浆法的影响因素是增大压力和增加破碎次数。 （ ） 6. 非机械法的优点是破碎后的细胞外形保持完整易于后面的分离并且细胞的通透性高。（ ） 7. 温度和PH值对蛋白质溶解度的影响反映在cohn方程中是对β值得影响。 （ ） 8. 破碎细胞必须克服的主要阻力是连接细胞壁的网状结构的共价键。 （ ） 9. 与结晶相比，沉淀是不定型的固体颗粒，构成成分简单，沉淀的纯度远低于结晶。 （ ） 10. 区带离心的密度梯度一般可用蔗糖配制。 （ ） 11. 革兰氏阴性菌的细胞壁主要由肽聚糖层组成。 （ ） 12. 珠磨的细胞破碎效率髓细胞种类而异，但都随搅拌速度和悬浮液停留时间的增大而减小。 13. 化学渗透比机械破碎效率高。 （ ）

14. 当蛋白质周围双电层的ζ点位足够大时，静电排斥作用抵御蛋白质分子之间的分子间力，使蛋白质溶液处于稳

定状态而难以沉淀。 （ ）

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15. 蛋白质水溶液中离子强度在生理离子强度（0.15～0.2mol·kg）之外，蛋白质的溶解度降低而发生沉淀的现

象称为盐析。 （ ）

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16. 在高离子强度时，升温会使蛋白质的溶解度下降，有利于盐析沉淀，因此常采用较高的操作温度。

（ ）

17. 利用在其等电点的溶液中蛋白质的溶解度最低的原理进行分离，称为等电点沉淀，而不必考虑溶液的离子浓度

的大小。 （ ）

18. 无论是亲水性强，还是疏水性强的蛋白质均可采用等电点沉淀。 （ ）

19. 凝聚、絮凝是目前工业最常见的预处理方法之一。它们都是通过降低胶粒的双电层电位，使胶粒凝集的现象。

（ ）

20. 革兰阳性菌的细胞壁比革兰阴性菌的较难破碎。 ( ) 21. 板框过滤机适用于原液中的固体含量在10%以上。 ( ) 22. 细胞破碎的阻力主要来自于细胞间的范德华力。 ( )

23. 沉淀和结晶都是由溶解度降低引起的。 ( ) 24. 蛋白质在Ph值为其等电点时溶解度最低。 ( ) 25. 蛋白质沉淀的两大障碍是水化层和双电层。 ( ) 26. 盐析沉淀后无须进行脱盐处理。 ( ) 27. 有机溶剂沉淀必须在低温下进行。 ( ) 28. 蛋白质的溶解度在生理离子强度范围内最大。 ( ) 29. 等电点沉淀适用于疏水性较小的蛋白质，无须脱盐。 ( ) 30. 在Cohn经验方程

( )

中，

值只随蛋白质相对分子质量的增大而增强。

31. 硫酸铵价格便宜，溶解度大且受温度影响很小，具有稳定蛋白质的作用，是最常用的盐盐。

（ ）

32. 原料目标产物的浓度越高，所需的能耗越高，回收成本越大。 （ ） 33. 生物分离过程中，原料液中的目标产物的浓度一般很低，有时是极微量的。 （ ） 34. 液固沉降中固体颗粒只受重力和浮力的作用。 （ ） 35. 菌体直径越小，重力沉降速度越大。 （ ） 36. 离心沉降既可用于液固也可用于液液分离。 （ ） 37. 离心设备的旋转半径越大，转数越高，离心力越大。 （ ） 38. 细胞破碎分为机械破碎和化学破碎。 （ ） 39. 超声波的细胞破碎效率与细胞浓度无关。 （ ） 40. 沉淀是物理环境的变化引起溶质的溶解度降低，生成固体的现象。 （ ） 41. 蛋白质是两性高分子电解质。 （ ） 42. 盐析过程中溶解度与离子强度之间呈线性关系。 （ ） 43. 基因工程产品大多是胞内产物。 （ ） 五、简答题

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1.影响过滤速度的因素有哪些？如何提高过滤速度？

过滤是利用薄片型多孔性介质截留固液悬浮液中的固体粒子，进行固液分离的方法。 dQ/dt=AΔP/μL(Rm+Rc)

影响过滤速度的因素有：过滤面积、介质两侧压差、滤液粘度、介质和滤饼的阻力（阻力越大，过滤速度越大）适当增加过滤面积，提高介质两侧压力差，加入助滤剂均可提高过滤速度

提高过滤速度：一般要对滤液进行絮凝或聚凝处理等预处理，改变料液的性质，降低滤饼的阻力；此外，可在料液中加入助滤剂提高过滤速度，但是当以菌体细胞的收集为目的时，使用助滤剂会给分离纯化操作带来麻烦，故需谨慎种行事。

2.什么是分离因数？据此离心机可以分为哪几类？影响离心分离速度的因素还有哪些？

分离因数是指离心设备所能达到的离心力与重力加速度的比值，用Z表示。Z=4π2N2r/g

根据分离因数的不同，可将离心机分为低速离心机（2000g~7000g）、高速离心机（8000g~80000g）、超离心机（100000g~600000g） 离心速度：Vs=dp2 (ρs-ρL)rω2/18μL

Δρ增大，Vs增大；Δρ存在时，dp增大，Vs增大；μL增大，Vs减小； Δρ较小，dp不大，μL较大，只能通过增加离心力提高分离效率。 3.说明机械破碎法和非机械破碎法的优缺点？

机械破碎法：

（1） 机械破碎法破碎强度大，细胞破碎完全

（2） 机械破碎法需要高的能量，并且产生高温的剪切力，易使不稳定产品变性失活； （3） 被破碎的有机体或释放物是非专一的，并且产生碎片的大范围分布，细胞破碎处理难 非机械破碎法：

（1） 条件比较温和，有一定的选择性，细胞外型较为完整，易于分离

（2） K低，产物释放速度低，处理时间长，通用性差，不适用于大规模细胞破碎，最后需分离 4.简述选择细胞破碎方法的原则？

一般原则 （1）、仅破坏或破碎目标产物的位置周围，当目标产物存在于细胞膜附近时，可采用较温和的方法，如酶溶法（包括自溶法），渗透压冲击法和冻结融化发等，当目标产物存在于细胞质内时，则需采用强烈的机械破碎法 （2）、选择性溶解目标产物，当目标产物处于与细胞膜或细胞壁结合的状态时，调节溶液pH值，离子强度或添加与目标产物具有亲和性的试剂如螯合剂，表面活性剂等，使目标产物容易溶解释放，同时，溶液性质应使其他杂质不易溶出，另外，机械法和化学法并用可使操作条件更温和，在相同的目标产物释放率的情况下，降低细胞的破碎程度。

5说明一条包含体分离和蛋白质复性常用的工艺路线。

包含体：外源基因表达的产物不能分泌到细胞外，而且在细胞内凝聚成没有生物活性的固体颗粒，在显微镜下观察呈深色点，其主要由蛋白质构成，其一级结构有活性，但立体结构没有活性，所以整体没有活性。 工艺路线：细胞破碎 离心 分离出包含体 变性剂 溶解包含体 去除变性剂或稀释

目标产物的复原和复性 目标产物的纯化 产品

包含体的分离可以由机械法和非机械法得到，通过机械破碎离心提取包含体加变性剂溶解包含体，最后除去变性剂复性，也可通过化学破碎溶解包含体，离心除去变性剂，使包含体复性

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七、计算题

溶菌酶在2.8Mol/L和3.0Mol/L硫酸铵溶液中的溶解度分别是1.2g/L和0.26g/L，试计算溶菌酶在3.5Mol/L硫酸铵溶液中的溶解度。

第四章 萃取

一、名词解释

萃取：是利用液体或超临界流体为溶剂提取原料中目标产物的分离纯化操作。 反萃取：通过调节水相条件，将目标产物从有机相转入水相的萃取操作成为反萃取。

分配系数：在恒温恒压条件下，溶质在互不相容的两相中达到分配平衡时，其在两相中的浓度之比为一常数，该常数称为分配系数。即K=溶质在萃取相中的浓度/溶质在萃余相中的浓度=C2/C1。

分离因子：萃取剂对溶质A和B的选择或分离能力可以用分离因子表示。即α=(C2A/CIA)/(C2B/C1B)=KA/KB (C:浓度；下标1,2分别表示萃余相和萃取相；A、B：溶质；α越大，A和B越容易分离，分离效果越好)

超临界流体：物质均具有其固有的临界温度和临界压强，在P-T相图上称为临界点，在临界点以上物质处于即非液体也非气体的超临界状态，这时的物质称为超临界流体。

化学萃取：化学萃取是指利用脂溶性萃取剂与溶质之间的化学反应生成脂溶性复合因子实现水溶性溶质向有机相的分配，主要用于一些氨基酸和极性较大的抗生素的萃取。

双水相体系：某些亲水性高分子聚合物的水溶液超过一定浓度后可形成两相，并且在两相水分均占有很大比例，即形成双水相系统。

萃取因子：即萃取平衡后萃取相和萃余相中质量之比。用E表示。

盐效应：由于同一双水相系统中添加不同的盐产生的相间电位不同，故分配系数与静电荷数的关系因无机盐而异，这称为盐效应。 二、选择

1. 萃取利用的是物质在两相之间的___B___不同来实现分离或纯化。 A.溶解度比

B.分配系数

C.分离系数

D.稳定常数

2. 下列搭配中不适合双水相萃取的是____C__。 A.聚乙二醇/磷酸盐 C.聚乙二醇/丙三醇

B.葡聚糖/甲基纤维素 D. 聚乙二醇/葡聚糖

3. 荷电溶质分配系数的对数与溶质的净电荷数成___A___关系，称为______。 A.正比/盐效应

B.指数/塞曼效应 D.反比/法拉第效应

C.非线性/道南效应

4. 对于超临界流体萃取，溶解萃取物时通常__C____；分离萃取物时通常______。

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A.降压降温/加压加温 C.加压降温/降压加温

B.降压加温/加压降温 D.加压降温/降压加温

5. 对于液液萃取时的两相，下列名词中搭配正确的是_A B D_____。 A.上相/下相 C.萃取相/料液相

B.萃取相/萃余相 D.溶剂相/物料相

6. 下列说明中正确的是__BC__。 A.pH值越小有利于弱碱的萃取 C.pH值越小有利于弱酸的萃取

B.pH值越大有利于弱碱的萃取 D.pH值越大有利于弱酸的萃取

7. 下列属于多级逆流萃取的特点的是____A D__。 A.萃取液消耗量较小 C.萃取产物浓度较低

B.萃取时耗能很大 D.萃取比较完全

8. 溶剂萃取时,在水相加入下列哪个物质能使CH3COOH易于萃取（ A ） A.HCL B.H2O 3.CH3CH2OH 4.NH3.H2O

9.PH=3.8的澄清发酵液中含有两种化学修饰的头孢菌素(cephalosporin)A和B,活性分别为1和2(任意单位).用醋酸戊酯萃取,分配系数分别为mA=31,mB=11.利用多级逆流多级萃取,H=9.6L/h,L=0.51L/h,回收90%的头孢菌素A,计算所需级数及萃取相浓度.( )

A.2, yn,A=8.47 yn,B=19.8 B.2, yn,A=16.9 yn,B=8.65 C.3, yn,A=8.47 yn,B=8.65 D.3, yn,A=16.9 yn,B=19.8

10.在PEG/Dx系统中,若降低葡聚糖的相对分子质量且成相系统的总浓度越高,则分配系数和系线( B )

A.减小 越短 B.增加 越长 C.减小 越长 D.增加 越短

11.通过测定不同盐类存在下分配系数与PH值之间的关系曲线的交点,可测定蛋白质,细胞器以及微粒的( D )

A. △φ B. M C. HF D. PI

12.超临界萃取,临界点附近的超临界状态下等温线的斜度,随压力升高超临界流体密度( C )

A.平缓 增大 B.平缓 减小 C.陡峭 增大 D.陡峭 减小 13. 当分离因子增大的时候，溶质A和溶质B的分离效果（ A ）

A.越好 B.越差 C.不影响 14.工业萃取的主要步骤有（ABC ）<多选>

A.混合 B.分离 C.溶剂回收 D.清洗 15.无机盐对物质分配平衡的影响（ B ）

A、蛋白质表面电荷数 B、蛋白质疏水性 C、室温条件 D、相对分子量

12

16.以下哪种方法可通过改变操作压力实现溶质的萃取和回收，同时温度保持不变的（ A ）

A、超临界流体萃取 B、等温法 C、 吸收法 D、 萃取法 17. 能行成双水相的体系为： （ A ）

A．两水相互不相容 B．两水相符合凝聚 C．两水相完全互溶 D．两水相相互反应

18.无机盐离子对物质分配平衡的影响不包括： （ B ）

A．对相间电位的影响 B．对沉淀系数的影响 C．对蛋白质疏水性的影响 D．对双水相系统组成的影响 19.萃取分配定律成立的条件为 C 。 A.恒温恒压

B.恒温恒压，溶质在两相中相对分子质量相等

C.恒温恒压，溶质在两相中相对分子质量相等，且低浓度范围 D.恒温恒压，低浓度范围 20. 分配系数在 C 情况下是常数。 A.溶质在两相中的分子形态相同

B.达到相平衡时 C.低浓度范围 D.较高浓度时

21.在多级错流萃取中，若萃取平衡符合线性关系，并且各级萃取流量之和为一常数，各级萃取流量均相等时萃取分率 A 。

A.大 B.相等 C.小 D.不确定

22.在pH为等电点的双水相中蛋白质的分配系数的对数值与双水相的疏水因子HF呈线性关系，则直线的斜率定义为 A 。

A.双水相的疏水性因子 B.蛋白质的分配系数 C.蛋白质的静电荷数 D.蛋白质的表面疏水性

13

23.在pH为等电点的双水相中，蛋白质主要根据 C 产生各自分配。 A.荷电荷的大小 B.分子量差异 C.疏水性差异 D.荷电荷性质

24.在pH=pI的双水相中，若双水相疏水因子HF=0，则蛋白质在两相中的分配系数为 C 。 A.无穷大 B.零 C.1 D.0

25.有机溶剂萃取通常操作是在A C 下进行有利于目标产物的回收与纯化， A.较低温度 B.较高温度 C.室温 D.任何温度 26.液固萃取是利用液体提取固体的有用成分的 C 分离操作。 A.溶解 B.吸附 C.扩散 D.渗透

27. 溶质在液—液两相中达到萃取平衡时，萃取速率为（ B ）。 A.常数 B.零 C.最大值 D.最小值 28.溶质在两相达到分配平衡时，溶质在两相中的浓度（ C ）。 A.相等 B.轻相大于重相中的浓度 C.不再改变 D.轻相小于重相中的浓度

29.红霉素是碱性电解质，采用有机溶剂萃取，水相从pH 9.8降至pH 5.5时，分配系数会 （ B ）。

A.不改变 B.降低 C.先升后降 D.增加

30.青霉素是较强的有机酸，采用有机溶剂萃取时，水相中pH从3 升至6时，分配系数会 （ A ）。

A.明显降低 B.变化不大 C.明显增加 D.恒定不变

31.非电解质溶质在双水相中的分配系数随相对分子质量的增大而（ A ）。 A.减小 B.增大 C.趋近无穷 D.变化不大

32.疏水因子HF一般随聚合物的相对分子质量、浓度和盐析浓度的增大而（ B ）。 A.减少 B.增大 C.恒定 D.趋近于零

33.在PEG/DX双水相中，若添加的无机盐使相间电位差???0，要使蛋白质分配于富含PEG的上相中，应调节pH（ B ）。

A.等于蛋白质的等电点 B.大于等电点 C.小于等电点 D.等于7 34.在有机溶剂萃取中，无机盐的存在（ B ）溶质向有机相中分配。 A.不影响 B.有利于 C.不利于 D.以上答案都不对 35.双水相的疏水因子HF值越大，则溶质的分配系数越（ A ）。 A.大 B.小 C.趋近于1 D.趋近于零

14

36.超临界流体在其临界温度和压力附近的微小变化，都会引起其（ C ）发生很大的变化。 A.粘度 B.体积 C.密度 D.质量 37.超临界流体萃取的萃取速度（ C ）液—液萃取。 A.低于 B.等于 C.大于 D.近似等于

38.以下关于有机溶剂或稀释剂的选择标准中不正确的是 ABC

A．与目标产物极性相似的有机溶剂做萃取剂 B．与水相互不相溶

C．毒性低、腐蚀性小、闪点高的溶剂 D．与水相有较大密度差，表面张力适中

39.在某有机酸的萃取中，轻相溶质的浓度x与重相溶质浓度y符合Henry定律y=0.3x，上下相的体积比为1.5:1，则该萃取分率为 B 。

A．69.97% B.31.03% C.57% D.43%

三、填空

1.以液体为萃取剂时，如果含有目标产物的原料也为液体，则称此操作为 液液萃取；如果含有目标产物的原料为固体，则称此操作为 液固萃取 。

2.在液液萃取中，根据萃取剂的种类和形式的不同又分为 有机溶剂萃取，双水相萃取，液膜萃取和反胶团萃取 等。 3.物理萃取时，弱酸性电解质的分配系数随PH值降低而 增大 ，而弱碱性电解质则 减小 。 4.萃取操作一般在 常 温或 较低 温下进行。

5.无机盐的存在可 减小 溶质在水相中的溶解度，有利于溶质向有机相中分配。

6.单级混合-澄清式萃取，萃取分数（回收率）为 E/(1+E) ；多级错流接触萃取，萃取分数为 (1+E)-1/(1+E) ；多级逆流萃取，萃取分数为 En+1

n

n

-E/En+1-1 。

7.可形成双水相的双聚合物体系很多，如 聚乙二醇/葡聚糖体系 ， PEG/磷酸盐体系， 。

8.生物大分子的分配系数取决于溶质与双水相系统间的各种相互作用，其中主要的有 静电作用 、 疏水作用 和 生物亲和作用 等。

9.若降低聚合物的相对分子质量，则蛋白质易分配于 富含 该聚合物的相中。 10. 水或有机剂以微小液滴形式分散于有机相或水相中的现象称为 乳化_

11. 分配系数可用下式计算的条件为 稀溶液 ； 溶质对溶剂之间的互溶度没有影响 ； 溶质之间不发生缔合和解离

K?溶质在萃取相中的浓度C2?溶质在萃余相中的浓度C1

12.化学萃取是利用脂溶性萃取剂与溶质之间的发生 _化学反应_生成脂溶性的复合分子的过程。

15

13. 在有机溶剂萃取中，分离因子a=KA/KB, 其越大___，A组分和B组分越容易分离，当a= 1 时，A与B几乎不能分离。

14. 二氧化碳由于其临界温度仅有_31.3_度，其接近常温又无毒稳定 价格低廉，故常常用作超临界流体。其临界压力为__73.8_Mpa。

15.超临界流体萃取的过程是由_萃取___ 过程和_分离_过程组合而成的。

16.双水相萃取的规模放大非常容易，是因为其能耗 _低__，时间 短，容易实现 _连续_ 性操作。

17. 请写出分配定律的公式：__K= C2 / C1_______，其应用条件是_稀溶液_____，_溶质对溶剂之间的互溶度没有影响__，__溶质之间不发生缔合和解离___

18. 弱电介质在两相中分离平衡应考虑两方面的因素：_弱电解质在水相中达到解离平衡___，__未解离的游离电解质在两相中达到分配平衡__

19.化学萃取平衡主要应用于：___氨基酸__，_____抗生素__ 20.化学萃取氨基酸常用的溶剂有___己烷____，___异辛烷____ 21.常用抗生素萃取剂 长链脂肪酸 、 四丁胺 。

22.常用的破乳化方法（请写出三个）：___加热____，__稀释____，_____吸附__

23.双水相萃取的分配平衡常数受 成相聚合物 、 无机盐离子 、 PH值 温度 影响。

24.物质在超临界流体中的溶解度C与超临界流体密度之间的关系__Ln C =__m Lnρ+ b_________。（写公式即可） 25. 关于超临界流体的密度与温度、压力的关系：在压力一定的情况下（如1

26. 根据萃取过程中超临界流体的状态变化和溶质的分离回收方式不同，超临界流体萃取操作主要分为__等温降压法___、__等压升温法_、__吸附法_

27.弱酸性电解质的分配系数随pH 减小而增大，弱碱性电解质随pH增大而减小。

28.发酵液中夹带有机溶剂微滴形成 水包油型乳浊液；有机相中夹带发酵液形成 油包水 型乳浊液。 29.双水相相图中，系线 越长 ，两相间的性质差别 越大。 30.溶质在两相中的分配平衡时，状态函数与萃取操作形式 有 关。 31.Henry型平衡关系，y=mx在 较低浓度范围内适用。 32.Langmuir型平衡方程，y?m1x在 较高 浓度范围适用。

m2?x33.PEG/DX双水相中，若降低PEG的相对分子质量，则蛋白质的分配系数 增大 ，若降低DX的相对分子质量，则分配系数 减小 。

34.双水相中无机盐的添加对溶质分配系数的影响主要反映在对 相间电位 和 蛋白质疏水性 的影响。 35.利用溶质在互不相溶的两相之间 分配系数 不同而使溶质分离的方法称为萃取。

16

四、判断

1. 萃取是利用液体或超临界流体为溶剂提取原料中目标产物的分离纯化操作。 （√ ） 2. 一般蛋白质表面均存在疏水区，疏水区占总表面积的比例越大，疏水性越强。 （√ ） 3. 双水相萃取过程包括：双水相的形成，溶质在双水相中的分配和双水相的分离。（√ ） 4. 聚合物与无机物的混合液可形成双水相。 （√ ） 5. 常用的氨基酸萃取剂有季铵盐类。 （√ ） 6. 氨基酸等两性电解质不能采用化学萃取法，而是应该采用物理萃取法。 （× ）

7.分配系数：K=溶质在萃取相中的浓度/溶质在萃余相中的浓度=C2/C1;上式的应用条件为：（1）稀溶液：（2）溶质对溶剂之间的互溶度没有影响 （×）

8.萃取剂对溶质A和溶质B的选择性或分离能力可以用分离因子α表征：α=ＫＡ／ＫＢ,α越大，Ａ、Ｂ越难分离。 （× ）

9．工业萃取操作一般包括三个步骤：①混合；②分离；③溶剂回收 （ √）

10．在双水相系统相图中，图中的曲线称为双节线。双节线以下的区域为均相区，以上的区域为两相区，连结双节

线上的两点的直线称为系线，在系线各点处的总浓度不同，但均分成组成不同而体积相同的两相。 （× ）

11．在实施萃取操作前，对发酵液进行过滤或絮凝沉淀处理，可除去大部分蛋白质及固体微粒，防止乳化现象的发生。 （ √）

12.大规模双水相处理耗能高，达到平衡时间短。 （× ） 13.当闪点越高的时候引发火灾的危险性越大。 （× ） 14.物理萃取时，弱酸性电解质的分配系数随pH值降低而增大，弱碱性电解质也如此。（× ） 15.用氯仿为萃取剂的时候，有机溶剂在上相中。 （√ ） 16.压强增大，超临界流体的密度增大，不利于其溶解。 （× ） 17.超临界流体的密度接近液体，因此具有与液体相近的溶解能力。 （√ ）

18.由于超临界流体粘度小，自扩散系数大，所以可以迅速渗透到物体的内部溶解目标物质，快速达到萃取平衡。 （√ ）

19.使用双水相萃取时，萃取达相平衡的时间极短通常为几秒钟。 （√ ） 20.若降低聚合物的相对分子量，则蛋白质不易分配于富含该聚合物的相中。 （× ） 21. 萃取因子是表示萃取相中溶质的量与萃余相中溶质的量之比。 （√ ） 22.萃取分率是表示萃取相与原料液中溶质的量之比。 （√ ） 23.荷电溶质在双水相中分配系数的对数与溶质的净电荷数成反比。 (× )

24.双水相中荷电溶质的分配系数不仅与溶质的净电荷数有关，还与添加的无机盐的种类有关。

17

（√ ）

25.由于温度影响相水系统的相图，因而影响蛋白质的分配系数，因此温度对双水相系统中蛋白质的影响很大。 (× )

26.超临界流体萃取的萃取速度小于液—液萃取。 （× ）

27.双水相中无机盐的添加对溶质分配系数的影响主要反映在对相间电位差和表面疏水性的影响。 （√ ）

28.超临界流体在其临界温度和压力附近的微小变化，都会引起质量发生很大的变化。 （√ ）

29.萃余分率是表示萃余相与原料液中溶质的量之比。 （√ ） 30.反萃取是将目标产物从有机相转移至水相的过程。 （√ ） 31.以超临界流体为萃取剂时，含有目标成分的原料只能是液体。 （× ） 32.水相PH值对弱电解质分配系数有显著影响。 （√ ） 33.为防止乳化现象，可除去大部分蛋白质及固体微粒。 （√ ） 五、简答

1. 简述分配定律？

在恒温恒压条件下，溶质在互不相容的两相中达到分配平衡时，其在两相中的浓度之比为一常数，该常数称为分配系数。即K=溶质在萃取相中的浓度/溶质在萃余相中的浓度=C2/C1。

上式应用条件：（1）稀溶液；（2）溶质对溶剂之间的互溶度没有影响；（3）溶质之间不发生缔合或解离。

2. 掌握双水相系统相图，理解双节线、系线、系统的总浓度、上、下相组成、杠杆规则等概念。试说出两种常用

的双水相萃取体系, 为什么说双水相萃取适合胞内酶和蛋白的萃取？

相图中的曲线称为双结点线，双结点线以下的区域为均相区，以上的区域为两相区

连接双结点线上的直线为系线，在系线上各点处系统总浓度不同，但均分组成相同而体积不同的两相

VTBM?VMT 杠杆规则：均分组成相同而体积不同的两相，两相体系近似服从杠杆规则，即B其中，VT，VB分别为上相和下相体积，BM，MT分别为B点和M点与T点之间的距离

系线长度是衡量两相间相对差别的尺度，系线越长，两相间的性质差别越大，反之则越小，当系线长度趋向于零时，两相差别消失，任何溶质在两相中的分配系数均为1，该点称为临界点 系统总浓度：初始浓度

上下相组成：双水相平衡后，上相中的浓度与下相中的浓度

常用双水相萃取系统：有高聚物/高聚物体系，如聚乙二醇（PEG）/葡聚糖（Dx）体系，高聚物/无机盐体系，如PEG/磷酸盐体系（KPi）

双水相萃取法可选择性地使细胞碎片分配与双水相系统的下相，而且目标产物分配于上相，同时实现目标产物的部分纯化和细胞碎片的除去，从而节省利用离心或膜分离除去细胞碎片的过程，因此说双水相萃取适合胞内

18

酶和蛋白的萃取。

3. 试列出1－2种双水相萃取中回收目标蛋白和PEG溶液的方法。

1、蛋白质在富含PEG的上相中，上相加盐，形成新的双水相体系，适当条件下，蛋白质被重萃进入盐相，PEG回收，盐相少量PEG超滤或透析除去

2、膜分离 选择性孔径大小的半透膜，截留蛋白质，同时除去PEG进行回收 3、使用离子交换和吸附 通过蛋白质与基质的选择性相互作用进行的 4. CO2的临界温度和压力是多少？采用CO2作为超临界流体萃取的优点。

CO2的临界温度为31.3℃，临界压力为73.8×105Pa

CO2的临界点较低，特别是临界温度接近常温，并且无毒，化学稳定性高，价格低廉，是最常用的超临界流体萃取剂

5. 在P-T图上指出超临界流体存在的区域。

6. 弱电解质在溶剂萃取两相中的分配平衡有何特点，pH值如何影响弱酸、弱碱的萃取？

弱电解质在水相中发生不完全解离，仅仅是游离酸或游离碱在两相产生分配平衡，而酸根或碱基不能进入有机相，所以萃取达到平衡状态时，一方面弱电解质在水相中达到解离平衡，另一方面，未解离的游离电解质在两相中达到分配平衡。对酸来说，越酸萃取效果越好，对碱来说越碱效果越好 7. 影响双水相体系平衡的因素有哪些，如何影响？

1、成相聚合物及其浓度

若降低聚合物的相对分子量，则蛋白质易于分配于富含该聚合物的相中，适用于任何成相聚合物和生物大分子溶液

成相体系总浓度上升，系线远离临界点，系线长度增加，两相性质差别增大，蛋白越容易分配于其中某一相中 2、盐的种类和浓度

对相间电位的影响：在体系中加入适当盐类，会大大促进带相反电荷的两种蛋白质的分离

对蛋白质疏水性的影响：无机盐的种类和浓度影响蛋白质表面疏水性增量，从而影响蛋白质的分配系数

对双水相系统组成的影响：改变成相物质的组成和体积比，这种相组成即相性质的改变直接影响蛋白质的分配系数

3、pH的影响

由于pH值影响蛋白质的解离度，调节pH值可改变蛋白质的表面电荷数，因而改变分配系数。因此。pH值与蛋白质的分配系数存在一定的关系 4、温度的影响

温度影响双水相系统的相图，因而影响蛋白质的分配系数，但一般来说，当双水相系统离临界点足够远时，温度的影响很小，1-2℃的温度改变不影响目标产物的萃取分离 六、论述

1. 双水相萃取与有机溶剂萃取有何不同？？（从溶剂体系、适用对象、萃取过程及所需设备等方面分析）

萃取系统 适用对象 萃取过程 双水相萃取 高聚物/高聚物体系或高聚物/无机盐体系 适合胞内酶和蛋白质的提起 双水相的形成→溶质在双水相中的分配→双水相的分离，实际操作中讲固体（或浓缩的）聚合物和盐直接加入到细胞匀浆液中，同时进行机械搅拌使成相物质溶解，形成双水相，溶质在两相中发生物质传递有机溶剂萃取 有机溶剂相/水相体系 常用于有机酸、氨基酸和抗生素等弱酸或弱碱性电解质的萃取 工业萃取一般包括三个步骤： 1、混合料液与萃取剂充分混合，形成乳浊液，产物自料液转入萃取剂中 2、分离 将乳浊液分离成萃取相和萃余相 3、溶剂回收 从萃取相中分离出有机溶剂并加以

19

达到分配平衡 所需设备

搅拌混合器、离心机 回收 混合澄清器、蒸馏塔 2. 试从超临界流体的特点（SCF），说明超临界萃取的原理及其特点。

物质均有其固定的临界温度和临界压力，在P-T相同上称为临界点，在临界点以上物质处于既非液体也非气体的超临界状态，称为SCF，SCF特征如下： （1）、SCF的密度接近液体，因此具有与液体相近的溶解能力 （2）、由于SCF粘度小（比液体小10-100倍），自扩散系数大（比液体高10-100倍），所以可以迅速渗透到物体的内部溶解目标物质，快速达到萃取平衡 （3）、在临界点附近流体的物理化学性质随温度和压力的变化及其敏感，在不改变化学组成的条件下，即可通过温度和压力调节流体的性质

这是SCF作为萃取剂优于液体的主要优点，这一特点在提取固体内有用成分时尤为重要

超临界萃取的原理：利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，而其密度又可通过压强和温度进行调节，因此超临界流体萃取是利用压强和温度对超临界流体的密度的影响，进而影响其溶解能力的。 超临界流体萃取的优点

1、SCF萃取同时具有液相萃取和精馏的特点，SCF萃取过程是由两种因素，即被分离物质挥发度之间的差异和它们分子间亲和力的大小不同，同时发生作用而产生相际分离效果，尤其适用于脂溶性，挥发性物质的提取 2、SCF萃取的独特优点是它的萃取能力取决于流体的密度，而密度很容易通过调节温度和压力来加以控制

3、SCF萃取中的溶剂回收很简便，并能大大节省能源，被萃取物可通过等温减压或等温升压的办法与萃取剂分离，而萃取剂只需重新压缩便可循环使用

4、SCF萃取工艺可以不在高温下操作，因此特别适合于热稳定性较差的物质，同时产品中无其他物质残留 七、计算

1. 溶剂萃取分离A和B两种抗生素，初始水相中A和B的质量浓度相等，A和B的分配系数与其浓度无关，分别为10和0.1.利用混合、澄清式萃取操作，设每级萃取相均达到分配平衡，并且萃取前后各项体积保持不变。 1．如采取以及萃取，萃取水相中90%的A，所需相比应是多少？此时有机相中的A的纯度？

2．若采取多级错流萃取，每级萃取用新鲜的有机相，相比为0.5，计算使A在有机相中的收率达到99%以上所需的最小级数，并计算有机相中A的实际最大收率和平均纯度？

（3）若采取三级逆流萃取，计算A在有机相中的收率达到与第二问中相同所需的相比。

2. 碘在有机相和水相中之分配比为8.00，如果取60.0mL浓度为0.100mol/L的I2水溶液，加入100mL有机溶剂振荡，直至达平衡。取10.0mL有机相溶液，用0.0600mol/L的Na2S2O3标准溶液滴定，计算用去多少Na2S2O3溶液？ 3. 利用乙酸乙酯萃取发酵液中的放线菌素D，pH=3.5时分配系数m=57。采用三级错流萃取，令H=450L/h，三级萃取剂流量之和为39L/h。分别计算L1=L2=L3=13L/h和L1=20，L2=10，L3=9L/h时的萃取率。

4. 用醋酸戊酯从发酵液中萃取青霉素，已知发酵液中青霉素浓度为0.2Kg/m3，萃取平衡常数为K=40，处理能力为H=0.5m3/h，萃取溶剂流量为L=0.03m3/h，若要产品收率达96%，试计算理论上所需萃取级数。

第六章 吸附与粒子交换

一、名词解释

20

吸附剂：吸附操作所使用的固体材料一般为多孔微粒或多孔膜，具有很大的比表面积，称为吸附剂或吸附介质。 物理吸附：物理吸附基于吸附剂与溶质之间的分子间力，即范德华力，可以是单分子层吸附，也可以是多分子层吸附。被背媳妇的介质可以通过改变温度、PH和盐浓度等物质条件脱附。

化学吸附：化学吸附是吸附剂表面活性点与溶质之间发生化学键合，产生电子转移的现象。化学吸附释放大量的热。 吸附平衡：溶质通过吸附作用在在液固两相间分配达到平衡。

吸附等温线：一般吸附操作在恒温度下进行，即温度保持不变。此时吸附剂上的平衡吸附剂浓度q只是液相游离溶质浓度c的函数，q与c的关系称为吸附等温线。

离子交换：通常将基于离子交换原理的吸附操作称为离子交换或离子交换吸附。吸附作用力为静电引力，所用吸附剂为离子交换剂，离子交换剂表面含有离子基团或可离子化得集团，通过静电引力吸附带有相反电荷的离子，吸附过程发生电荷转移。通过调节PH或提高离子强度的方法洗脱。

交换容量：用离子交换容量是单位质量干树脂或单位体积湿树脂所能吸附的一价离子的毫摩尔数表示，是表征离子交换能力的主要参数之一。

穿透曲线：吸附过程中吸附柱出口溶质浓度的变化曲线称穿透曲线。

穿透点： 吸附过程中吸附柱出口溶质浓度的变化曲线称穿透曲线，出口处溶质浓度开始上升的点称为穿透点。 工作交换容量：工作交换容量是表示离子交换树脂在一定工作条件下所具有的交换能力，通常是指单位体积的湿树脂所能交换离子的物质的量，单位以mmol/g、mol/m3或mmol/L表示。 填空

1. 吸附按作用力主要分为 物理 吸附、 化学 吸附和 离子交换 。

2. 孔径 和 比表面积 是评价吸附剂性能的主要参数，孔径越 大 ，比表面积越 小 。 3. 溶液的pH>等电点时，蛋白质带 负 电荷；溶液的pH<等电点时，蛋白质带 正 电荷。 4. 生物分离中常用的吸附剂种类有 活性炭 、 硅胶 、 有机高分子吸附剂 等。

5. 离子交换树脂由 不溶性的三维空间的高分子网状骨架 、 以共价键连接在骨架上的官能团 、 和活性基团

所带的相反电荷的活性离子 三部分构成。

6. 用于蛋白质分离纯化的离子交换剂基质主要有 葡萄糖凝胶 、 琼脂糖凝胶 、 纤维素 、 亲水性聚乙烯 7. 离子交换树脂中 交换容量和滴定曲线 的性质决定了此树脂的主要性能。

8. 根据离子交换树脂所带的可交换的活性离子性质，离子交换树脂大体上可分为阳离子 树脂和 阴离子

交换 树脂。

9. 钠型强酸性阳树脂用 NaCl 再生，氢型强酸性树脂用 HCl 再生，氯型强碱性阴树脂主要用 NaCl

再生，羟型强碱性阴树脂用 NaOH 再生。

10. 阳离子交换剂活性基团呈 酸 性，带 正 电, 阴离子交换剂活性基团呈 碱 性，带 负 电. 11. 离子交换容量(ion exchange capacity)是单位质量的干燥离子交换剂或单位体积的湿离子交换剂所能吸附的 一价离子 的物质的量(mmol).

12. 利用滴定曲线的转折点，可估算离子交换剂的 交换容量 ;而由转折点的数目,可推算不同离子交换基团的 数目 .

13. 分配系数与反离子浓度成反比,表明离子交换的分配系数随离子强度的增大而 下降 . 14. 吸附过程中吸附柱出口溶质浓度的变化曲线称为 穿透曲线 .出口处溶质浓度开始上升的点称为 穿透点 .一

31

程为非线性色谱。

不同浓度的溶质洗脱时间不同，会出现拖尾现象或前导现象。

2. 理论板模型认为溶质的分配平衡不能在瞬间完成，而需要一定的样高，在此柱之内，溶质在两相间达到平衡。通常将溶质达到一次平衡的层析柱段成为一个理论板，该柱段的高度称为理论当量高度（HELP）。 理论塔板数越多，洗脱峰越窄，柱效越高，溶质之间的分离度越好。 3.传质速率模型：

传质速率模型考虑了溶质在流动相和固定相间的传质速率以及流动相的流动状态，确定色谱分离性能的影响因素。 = HETP u

A

+B+Cu A、B、C：常数，与速度无关。A为分子扩散（纵向扩散）系数，B为涡流扩散项 C为传质阻力系数

在液相色谱中，分子在液相中的扩散系数要小得多，因此A项可忽略不计 在气象色谱中，分子在气相中的扩散系数很大，因此A项不可忽略

B项是与填充物颗粒有关的项，粒度越小，越均匀，可以减少涡流扩散，降低HETP，提高理论板数

C项也是与填充物颗粒有关的项，与粒度直径平方成正比，通过降低流速与采用小的固定相粒径，可以较少传质阻力，从而降低HETP，提高理论板数

降低流速意味着增加分离时间，故采用细粒径的方法可以同时保证分离操作的高速度和高精度，这是高效液相色谱的理论基础。

3. 试描述色谱传质速率模型中范第姆特（van Deemter）方程的一般形式，并根据方程说明如何降低液相色谱的HETP，提高分离效率。 A

HETP = u

+B+Cu A、B、C：常数，与速度无关。A为分子扩散（纵向扩散）系数，B为涡流扩散项 C为传质阻力系数

在液相色谱中，分子在液相中的扩散系数要小得多，因此A项可忽略不计 在气象色谱中，分子在气相中的扩散系数很大，因此A项不可忽略

B项是与填充物颗粒有关的项，粒度越小，越均匀，可以减少涡流扩散，降低HETP，提高理论板数

C项也是与填充物颗粒有关的项，与粒度直径平方成正比，通过降低流速与采用小的固定相粒径，可以较少传质阻力，从而降低HETP，提高理论板数

降低流速意味着增加分离时间，故采用细粒径的方法可以同时保证分离操作的高速度和高精度，这是高效液相色谱的理论基础。

第七章 色谱 （下）

一、 名词解释

凝胶过滤色谱：凝胶过滤色谱利用凝胶粒子（通常称为凝胶过滤介质）为固定相，是根据料液中溶质相对分子质量

32

的差别进行分离的液相色谱法。

溶胀率：干燥凝胶颗粒使用前要用水溶液进行溶胀处理，溶胀后每克干凝胶所吸收的水分的百分数成为溶胀率。即溶胀率=100%×（ 溶胀处理平衡后重量-干燥重量）/干燥重量。

床体积：凝胶干粉的窗体积是指1g干胶粉充分溶胀后所占有的体积。可用于估算装满一定体积的色谱柱所需的凝胶干粉量。

排阻极限：凝胶过滤介质的排阻极限是指不能扩散到凝胶网络内部的最小分子的相对分子质量。 分级范围：即能为凝胶阻滞并且相互之间可以得到分离的溶质的相对分子质量范围。

离子交换色谱：离子交换色谱利用离子交换剂为固定相，是根据荷电介质与离子交换剂之间静电相互作用力的差别进行溶质分离的洗脱色谱法。

反相色谱：利用表面非极性的反相介质为固定相，极性有机溶剂的水溶液为流动相，是根据溶质极性（疏水性）的差别进行分离纯化的洗脱色谱法。

ODS柱：一种常用的反相色谱柱。固定相，常用十八烷基(ODS)键合相，因此称为ODS柱

也叫C18柱。它是长链烷基键合相，有较高的碳含量和更好的疏水性，对各种类型的生物大分子有更强的适应能力。 疏水作用色谱：利用表面偶联弱疏水性集团（疏水性配基）的疏水性吸附剂为固定相，是根据蛋白质与疏水性吸附剂之间的弱疏水性相互作用的差别进行蛋白质类生物大分子分离纯化的洗脱色谱法。 疏水性吸附剂：各种凝胶过滤介质经偶联疏水性配基后均可用作疏水性吸附剂。

亲和色谱：是利用亲和吸附作用分离纯化生物物质的液相色谱法。亲和色谱的固定相是键合亲和配基的亲和吸附介质（亲和吸附剂）。

亲和吸附剂：将亲和配基共价偶联在固体粒子（配基的载体）的表面（孔内）即可制备亲和吸附剂。亲和吸附剂又称亲和载体。 二、填空题

1. 凝胶色谱是以__________的__________结构的凝胶颗粒作为固定相，根据物质的____________进行分离的一种

色谱分离技术。

2. 凝胶色谱按其流动相的不同分为____________和__________________。

3. 凝胶色谱柱的总体积分为3个部分，即为____________、_____________和____________。在凝胶色谱中，分

配系数Kd表示 ，Kd=1意味着 ，Kd=0意味着 ，0

4. 凝胶一般为球形，其 对分离度有重要影响。其越小，HETP ，分离效率 。 5. 凝胶过滤色谱的主要用途有____________、_____________和____________。 6. 凝胶色谱柱的外水体积可以用 来测定。

7. 凝胶过滤色谱常用的凝胶有 和 。 8. GFC一般采用 方式进行洗脱展开，这种洗脱法称 。

9. 离子交换色谱是以 为固定相，根据_____________________而进行分离的一种色谱分离技术。适合于

____________________物质的分离。

10. 在离子交换色谱中，线性梯度洗脱过程中，流动相的离子强度线性增大，因此溶质的分配系数_________，移

动速度__________。

33

A 11. 在IEC中多采用 洗脱和 洗脱操作。m(I)?B12. 在离子交换色谱中，分配系数与离子强度关系为 I ，B为溶质的

和离子交换基团的 的比值，由于蛋白质等生物大分子为多价电解质，在pH值偏离

等电点的溶液中B值比较 。

?m?13. 在同一离子强度下，不同蛋白质的 可相差非常 ，因此，离子色谱多采用离子强度

的 洗脱法，或离子强度 的 洗脱法。

14. 反相色谱是利用 为固定相， 为流动相，是根据 进行分离的洗脱色谱法。 15. RPC固定相表面完全被___ ____基团所覆盖，表现强烈的_________,因此，必须采用______有机溶剂（如甲

醇、乙腈等）或_________进行溶质的洗脱分离。

16. RPC主要用于相对分子质量低于_________，特别是________以下的 小分子物质的分析和纯化。 17. 溶质在反向介质上的分配系数取决于溶质的疏水性，一般疏水性越大，分配系数越_______。

18. 反相色谱中流动相的极性越大，洗脱能力_________，溶质的分配系数______ __。通常采用 流

动极性，也即是 有机溶剂比例的梯度洗脱方式。

19. 反相色谱中，硅烷化反应的转化率只能达到约 ，一般应用于弱极性到 的小分子物质的分离和纯化。 20. 反相色谱中，最常用的反相介质为 和 。

21. 反相色谱用于的蛋白质分离时，其固定相要采用 基质，流动相常用_________而不

用 。

22. 疏水作用色谱利用表面偶联 吸附剂为固定相，是根据 与 之间 疏水性相互

作用的差别进行蛋白类生物大分子分离纯化的方法。

23. 疏水性吸附剂由 经偶联弱疏水性配基而成。常用的疏水性配基有

和 等。

24. 在离子强度______的盐溶液中，蛋白质表面疏水部位的水化层被破坏，蛋白质的__________作用增大。疏水性

相互作用色谱的蛋白质吸附需在 浓度盐溶液中进行，然后逐渐 流动相离子强度进行洗脱。

25. 疏水性吸附与一般吸附_________，吸附结合作用随温度升高而 。

26. HIC（疏水性相互作用层析）主要采用 流动相离子强度的线性梯度洗脱法和逐次洗脱法；IEC（离子交

换层析）主要采用 流动相离子强度的线性梯度洗脱法和逐次洗脱法。 27. 在HIC中，有时为帮助蛋白质的洗脱，会在流动相中添加 、 和

等。

28. 具有亲和作用的分子（物质）对之间具有“钥锁”的关系是产生亲和作用的__ ___条件，但并不是___ __。 29. 亲和层析利用______ ___为固定相，可采用 洗脱和 洗脱法。 30. 亲和吸附介质由 、 和 组成。 31. 亲和吸附介质的载体一般采用 介质。

32. 常用的亲和配基有 、 、 、 、 和

等。

33. 亲和分离中常用的亲和关系有抗原和 ，酶和 ，凝集素和 ，免疫球蛋白和

34

等。

34. 结合常数越大，或解离度越小表示亲和结合作用越____________。

35. 一般的亲和色谱操作分为 、 、 和 四个步骤。

36. 亲和色谱多采用普通洗脱法，即通过 、 、 以及 来进行。 三、选择题

1.GFC中溶质的分配系数在分级范围内随相对分子质量的对数值增大而___B___。 A.线性增大 B.线性减少 C.急剧增大 D.急剧减少 2.凝胶的分级范围越小，则分离度 _A___ 。 A.越大 B.越小 C.小于1 D.小于0 3. 凝胶层析分离混合物的基本原理是（ B ）

A.吸附力差异 B.分子筛作用 C.离子交换 D.配体亲和差异 4.葡聚糖凝胶是传统的凝胶过滤介质，交联度越______，网络结构越紧密。 A.高

B.低

C.不确定

5.具有亲和作用的分子（物质）对之间具有“钥匙”和“锁孔”的关系是产生亲和结合作用的 C 。 A.充分条件 B.充要条件 C.必要条件 D.假设条件 6.如果亲和作用主要源于静电引力，提高离子强度会 B 亲和作用。 A.增加 B.减弱 C.不影响 D.减弱或完全破坏

7.在亲和分离操作中，许多亲和吸附的目标蛋白质用高浓度的盐溶液洗脱，说明 D 在亲和作用中占主要地位。 A.疏水性相互作用 B.配位键 C.非共价键 D.静电力 8. 凝胶过滤色谱是根据料液中溶脂的__A____的差别进行分离的液相色谱法

A.相对分子质量

B.离子数

C.化合价

D.质子数

9. 凝胶过滤介质的交联度越__B____，凝胶的网状结构就越紧密。

A.低

B.高

C.不确定

10. 离子交换色谱利用___B___ 为固定相,是根据荷电溶质与离子交换剂之间静电相互作用力的差别进行分离的洗脱色谱法。

A.凝胶颗粒

B.离子交换剂

D.吸附介质

C.表面非极性反向介质

11. 在离子强度较__C____的盐溶液中，蛋白质表面的疏水部位的水化层被破坏，疏水性相互增大

A.低

B.不确定

C.高

12.在离液离子存在下的疏水性吸附__D____，蛋白质易于洗脱.

A.增强

B.不变

C.不确定

D.减弱

13.反相色谱是根据溶质___D___的差别进行分离纯化的洗脱色谱法。

A. 亲水性

B.相对分子质量

C.电荷数

D.疏水性

14. 亲和试剂制备步骤不包括：（ A ）

A.试剂的选择 B.载体的选择

35

C.载体的活化 D.配基的连接

15. 常用疏水性吸附剂中常用的疏水性配基不包含哪项（ E ）

A.苯基 B.短链烷基 C.烷氨基 D.聚乙二醇和聚醚等 E.烃基 16. 利用层析分离溶质时,Rs需要满足多大要求使得分离较好（ B ）

A 1-1.5 B 1.2-1.5 C 0.5-1 D 0.8-1 17. 凝胶吸附层析的基本原理是（A ）

A 分子筛效应 B离子交换 Ｃ吸附力差异 D配体亲和差异 18. 用于蛋白质分离过程中的脱盐和更换缓冲液的色谱是（ C ）

A 离子交换色谱 B亲和色谱 Ｃ凝胶层析 Ｄ反相色谱 19. 蛋白质的分子量测定可采用（C ）

A 离子交换层析 B亲和层析 C 凝胶层析 D 反相色谱 20.下面哪一种是根据酶分子专一结合的纯化方法（ A ）

A 亲和层析 B 凝胶层析 C 离子交换层析 Ｄ盐析

21.GFC中溶质的分配系数在分级范围内随相对分子质量的对数值增大而 B 。 A.线性增大 B.线性减少 C.急剧增大 D.急剧减少

22.在IEC线性梯度洗脱过程中，流动相的离子强度线性增大，因此，溶质的 C 连续降低，移动速度逐渐增大。 A.溶解度 B.扩散系数 C.分配系数 D.分离度

23. 在IEC逐次洗脱过程中，流动相的离子强度阶跃增大，溶质的分配系数 B 降低。 A.逐渐 B.阶段式 C.线性 D.急剧

24.一些凝胶过滤介质经偶联疏水性配基后均可用作疏水性吸附剂。下列不能用作疏水性配基的是（ C ）。

A. 苯基 B.短链烷基 C.乙腈 D.聚乙二醇

25.反相色谱（RPC）利用表面（ B ）的反相介质为固定相，( A )有机溶剂的水溶液为流动相,是根据溶质极性的差别进行分离纯化的洗脱色谱法。

A. 极性 B. 非极性 C. 电中性 D. 带电性

26. 反相色谱与其他色谱一样，当固定相一定时，可通过调节流动相的组成调整溶质的分配系数。流动相的极性越

（ A ），洗脱能力越（ A ），溶质的分配系数越（ A ）。

A. 大 弱 大 B. 大 弱 小 C. 小 弱 大 D.大 强 大

27. 不同的分配系数（ D ）不是同一种物质，同一分配系数（ D ）是同一物质。

A.一定 一定 B.不一定 一定C.不一定 不一定D.一定 不一定

28. 凝胶一般为球形，其粒径大小对分离度有重要影响。粒径越小，HETP越小，分辨率越大。软凝胶粒径较大，一

般为（ A ）μm。

A. 50~150 B.5~50 C.46~165 D.20~40

29. 排阻极限是指不能扩散到凝胶网络内部的最小分子的相对分子质量。即相对分子质量（ A ）该数值的分子（ A ）进入到凝胶网络中，其洗脱体积为V0。

A. 小于 不能 B. 小于 不一定能 C. 大于 不能 D.大于 能

30. 反相色谱中，反相介质中最具代表性的是以硅胶为载体，通过硅烷化反应在硅胶表面键合非极性分子层制备。

36

残留的硅羟基可采用反应活性高的（ D ）覆盖，使表面达到完全非极性。 A.海藻酸盐 B.硫酸葡萄糖 C.甲醇 D.三甲基氯硅烷

31．凝胶干粉的床体积指1g干胶粉末充分溶胀后所占的体积。Sephadex G-50的床体积为（ B ）mL/g干胶。

A.7~8 B.9~11 C.15~20 D.5~6 32.凝胶色谱的用途有：（ ABC ）

A.分离纯化 B.脱盐 C.相对分子质量的测定 D.沉淀 32.如果物质的极性为A>B>C，则在反相色谱中洗脱时间为（ B ）

A. A>B>C B. AC>B D. C>A>B 四、判断题

1. 生物物质特别是酶和抗体等蛋白质，具有识别特定物质并与该物质的分子相结合的能力。（ ） 2. 在中性pH下，蛋白质分子上的天冬氨酸、谷氨酸和半胱氨酸等酸性氨基酸残基带正电荷。（ ） 3. 凝胶层析可以分离分子量相差悬殊的小分子化合物。 （ ） 4. 亲和色谱是利用亲和吸附作用分离纯化生物物质的液相色谱法。 （ ） 5. 如果亲和配基的选择性较低，亲和吸附可能同时吸附两种以上的蛋白质。 （ ） 6. 蛋白酶均存在抑制其活性的物质，这类物质称为酶的抑制剂。 （ ）

7. 离子交换色谱是根据荷电溶质与离子交换剂之间静电相互作用力的差别进行溶质分离的色谱法。 （ ）

8. 酶和底物的作用属于亲和作用。 （ ） 9. 抗原和它的单抗之间的亲和作用是具有高度特异性的。 （ ） 10. 疏水性相互作用随离子强度增大而减弱。 （ ）

11.凝胶色谱中，溶质的洗脱体积为Ve=Vo+Kd*Vi.其中，当Kd=0时，溶质分子完全被排阻。 （ ） 12. 相邻两峰之间的分离度达到1.0以上才叫完全分离。 （ ） 13. 水是极性最强的溶剂。 （ ） 14. 在反相色谱中，流动相的极性越大，洗脱能力越强，溶质的分配系数越大。 （ ） 15. 在凝胶色谱中，分配系数与相对分子质量Mr之间存在如下关系 m=a+b㏒Mr。 ( ) 16. 凝胶是一种带电荷的具有三维空间的多孔网状结构的物质。 （ ）

17. 因为在高浓度盐溶液中其疏水性吸附作用较大，因此HIC可以直接分离盐析后的蛋白质溶液。 （ ）

18. 在离液离子存在的情况下，疏水性吸附增强，蛋白质易于洗脱。 （ ）

19. 蛋白质在疏水性吸附剂上的分配系数随着流动相盐浓度的提高而提高，因此蛋白质的吸附需要在高浓度盐溶液中进行。 （ ）

20.离子交换色谱可应用于分离纯化、生物大分子的脱盐以及测定未知物质的分子量等。（ ） 21.生物分离中常用的凝胶介质都是硬质凝胶。 （ ） 22.凝胶粒径越小,HETP越大，分离效率越高。 （ ） 23.分离一定料液时，应根据混合物的相对分子质量选择分级范围较小的凝胶过滤介质。（ ） 24.在离子交换色谱中，离子强度的微小变化，就会引起蛋白质分配系数的很大变化。 （ ）

37

25．通常用于小分子分离的反相色谱条件可用于蛋白质的分离。 （ ） 五、问答题

1. 可用于蛋白质分离的色谱方法有哪些？简述其原理及固定相、流动相特点？ 凝胶色谱 原理 凝胶是一种不带电荷的具有三维空间的多孔网状结构物质，凝胶的每个颗粒的细微结构就如同一个筛子，当混合物随流动相流经凝胶柱时，较大的分子不能进入所有的凝胶网孔而受到排阻，它们将与流动相一起首先流出，较小的分子能进入部分凝胶网孔，流出速率较慢，更小的分子能进入全部凝胶网孔，而最后从凝胶柱中流出 利用离子交换剂为固定相，是根据荷电溶质与离子交换剂之间静电相互作用力的差别进行溶质分离的色谱分离方法 溶质在反相介质上的分配系数取决于溶质的疏水性，一般疏水性越大，分配系数越大，当固定相一定时，可通过调节流动相的组成调节溶质的分配系数 亲水性蛋白质表面均含有一定量的疏水性基团，这些疏水基团可与固定相 以凝胶为固定相，分为亲水性凝胶和疏水性凝胶两类 流动相 分为水相和有机相系统两类，水相系统所用凝胶为亲水性的，用来分离水溶性大分子化合物，有机相系统所用凝胶是疏水性的，用来分离脂溶性高分子化合物 应用领域 1、分离纯化 ①采用凝胶色谱法能简便快速地分离那些样品组分中分子量相差较大的简单化合物 ②对于复杂的位置样品，可采用凝胶色谱分离法进行初步分级分离 ③采用分级范围小的凝胶，可以对分子大小相近的物质进行分级，该法常用于蛋白质、肽、脂质、糖类、核酸等生物大分子间的分离 离子交换色谱 离子交换树脂做为固定相，由固定载体，活性基团，可交换离子组成 具有一定离子强度的缓冲液 离子交换色谱是蛋白质、肽和核酸等生物产物的主要分离纯化手段 反相色谱 以非极性的反向介质为固定相，最具代表性的是以硅胶为载体，通过硅烷化反应在硅胶表面键合非极性分子层制备 表面偶联弱疏水性基团（疏水性配基）的吸附剂 极性有机溶剂的水溶液 主要用于相对分子质量低于5000，特别是1000一下的非极性或弱极性小分子物质的分析和纯化，也可用于蛋白质等生物大分子的分析和纯化， 主要用于蛋白质类生物大分子的分离纯化 疏水作用色谱 具有一定离子强度的盐溶液

38 亲水性固定相表面偶联的短链烷基、苯基等若疏水性基团发生疏水性相互作用，被固定相（疏水性吸附剂）所吸附 亲和色谱 利用生物分子间特异性结合作用的原理，以偶联亲和配基的亲和吸附介质为固定相对目标产物进行分离纯化的层析方法 偶联亲和配基的亲和吸附介质为固定相 使配基与目标产物在特定物理环境下表现较高的亲和结合作用的缓冲液 利用各种配基特异性的分离蛋白质

2. 试比较离子交换色谱、疏水作用色谱及亲和色谱的固定相的异同点。

3. 试比较反相色谱和疏水作用色谱的异同点。

4. 为什么离子交换色谱可用于蛋白质的分离？

5. 试述2-3种可用于蛋白质脱盐的分离方法，并说明其原理。 六、计算

1. 使用某凝胶作为液相色谱的介质分离两种蛋白质A和B，两种蛋白质保留体积分别为A:104ml和B:52ml，流动相体积流速为2ml/s。已知色谱图中蛋白质A的峰宽为11.375s，求：⑴该色谱柱理论塔板数; ⑵两色谱峰的分离度，以及两峰是否完全分离。

第九章 结晶 第十章 干燥

一、名词解释

结晶：结晶是从液相（或气相）生成形状一定、分子（或原子、离子）有规则排列的晶体的现象。

饱和溶液：向恒温溶剂（如水）中加入溶解性固体溶质，溶质在溶剂中发生溶解现象，溶剂中溶质浓度不断上升。如果固体溶质的加入量与溶剂相比足够多，一定时间后，溶剂中溶质的浓度不再升高，而此时尚有固体溶质存在，即溶质在固液之间达到平衡。此时该溶液称为该溶质的饱和溶液。

溶解度：向恒温溶剂（如水）中加入溶解性固体溶质，溶质在溶剂中发生溶解现象，溶剂中溶质浓度不断上升。如果固体溶质的加入量与溶剂相比足够多，一定时间后，溶剂中溶质的浓度不再升高，而此时尚有固体溶质存在，即溶质在固液之间达到平衡。此时溶液中的溶质浓度成为该溶液的溶解度或饱和浓度。

饱和曲线：溶解度时温度的函数，因此，溶质在特定溶剂中的溶解度常用温度—溶解度曲线表示，该曲线又称饱和曲线。

过饱和溶液：一定温度、压力下，当溶液中溶质的浓度已超过该温度、压力下溶质的溶解度，而溶质仍不析出的现象叫过饱和现象，此时的溶液称为过饱和溶液。

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过饱和曲线：开始有晶核形成的过饱和浓度与温度的关系用过饱和曲线来表示

过饱和度：过饱和度又称为过饱和系数，就是过饱和溶液的溶解度与该温度下普通晶体的溶解度之比。它表征了溶液的过饱和程度。

初级成核：初次成核是过饱和溶液中的自发成核现象。

二次成核：在过饱和度较小的介稳区内不能发生初级成核。但如果向介稳态饱和溶液中加入晶种，就会有新的晶核产生。这种成核现象称为二次成核。

干燥：干燥就是利用热能除去目标产物的浓缩悬浮液或结晶（沉淀）产品中湿分（水分或有机溶剂）的单元操作。 结合水：包括物料细胞或纤维管壁及毛细管中所含的水分，这种水分主要的是属于物理化学结合方式，故难以除去 非结合水：包括存在于物料表面的润湿水及孔隙水，此种水分与物料纯属机械结合方式，与物料的结合强度小，故易于除去

自由水：用一定温度和湿度的空气干燥湿物料时，可以从物料除去的水分称为自由水。 平衡水：物料与其相接触的空气达到相平衡状态时物料所含的水分称为平衡水。

干燥曲线：物料含水量X与干燥时间ζ或物料表面温度θ1与干燥时间 的关系曲线，这两条曲线均称为干燥曲线。 干燥速度速率：物料在单位时间、单位面积上所蒸发的水分数量。 二、填空题

溶液中结晶的晶体具有___________、___________和___________等性质。

晶浆浓度越高，单位体积结晶器中结晶表面积越_____，即固液接触比表面积越_____。

结晶是利用溶质之间________________进行分离纯化的一种扩散分离操作。这一点与____________的生成原理一致。

冷却结晶时，如果降温速度过快，溶液很快达到较高的_______________，生成大量______________，影响结晶产品的质量。

增大搅拌速率可提高________________和________________速率，但搅拌过快会造成_______________________________，影响结晶产品的质量。 结晶器一般包括____________和___________两种。

工业结晶操作均在介稳区内进行，其中主要是__________________。 增大溶液过饱和度可提高__________________和__________________。

结晶是从液相或气相中生成 、 的晶体的现象。

结晶是内部结构的质点元作 排列的形状一定的固体粒子，而沉淀是 排列的 定形的粒子。

结晶过程的推动力是 。

过饱和溶液的形成方式有 、 、 。

在结晶过程中过饱和度的大小最终影响结晶__________和晶体___________. 最终影响晶体质量。

第一介稳区______自发成核，结晶生长，________产生新的晶核。工业结晶操作一般在第_____介稳定区。 晶体质量主要指： 、 和 三个方面。

当微小晶体的半径r?rc时，则微小晶体会 ；当微小晶体的半径r?rc时，则微小晶体会 。 工业结晶操作均在 区内进行，其中主要是 。

第一介稳区，又称 ，在此区域内 自发成核，当加入结晶颗粒时，结晶会 ，但 产生新晶核，这种加入的结晶称为 。

过饱和溶液是 ，溶质只有在才 析出，要使溶质从溶液中结晶出来，必须使溶液成为 ，产生一定的结晶推动力。

是决定晶体产品粒度分布的首要动力学因素。工业结晶多采用 的成核方式。

40

晶体生长的过程包括________________过程和__________________过程。前者的速度 后者的速度有利于形成好的晶体。

蒸发的主要目的是_____________，干燥的目的是_____________。蒸发和干燥过程都需要热能，因此要特别注意对______________物质的损失。

根据热能的供给方式的不同，干燥操作可以分为__________________，______________，_____ _和___________________。

在冷冻干燥过程中，被干燥的产品首先要进行 ，然后在 状态下进行升华，使水分直接由 变成 而获得干燥。

工业干燥操作主要为__________________和__________________。

生物工业常用的干燥技术主要有 、 、 。 蒸发系统由 和 两个重要组成部分。

干燥是传热和传质的复合过程，传热推动力是__________,传质推动力是物料表面的饱和蒸汽压与气流中_______________.

湿物料的含水量降低到其水蒸气压等于空气中的水蒸气分压为止，这时湿物料的含水量称为______含量。 在冷冻干燥过程中，整个升华阶段，产品必须保持在 状态，不然就不能得到性状良好的产品。 蒸发速度是由 速度和 速度共同决定的。

常用膜式蒸发器有 蒸发器、 蒸发器和 蒸发器。 干燥包括 过程和 过程 。

根据物料中所含水分去除的难易程度，水分可分为 水和 水。 根据物料在一定条件下，水分能否被去除，水分可分为 水和 水。 采用减压蒸发的基本目的是 ；

冷冻干燥技术的特点是 ； ； 。

结合水是 ，非结合水是 ，两者相比较， 更难干燥除去。

干燥曲线是指 ，干燥速度曲线是指 。 所有的干燥过程均包括 阶段和 阶段。 三、选择题

1. 结晶的纯度___A___于沉淀。

A.高 A.浓度 A.稳定区 A.压力 A.电能

B.低 B.静电引力

C.不确定 C.溶解度

D.相等 D.扩散系数

2. 结晶是利用溶质之间___C___差别进行分离纯化的一种扩散分离操作。 3. 工业结晶通常在___B___区域内进行。

B.第一介稳区 C.第二介稳区 D.不稳区 B.温度 B.热能

C.扩散系数 C.势能

D.浓度 D.辐射

4. 大多数溶质的溶解度随___B___的升高而显著增大。

5. 干燥是利用__B____除去目标产物的浓缩悬浮液或结晶产品中的湿分。 6. 在物性不同的溶剂中, 结晶操作设计的基础是( A )

A溶质的温度-溶解度曲线 B 溶质压强-溶解度曲线

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