生物分离工程实验思考题

《分离》PPT思考题及部分答案

分离概述

1 生物产品与普通化工产品分离过程有何不同？ 生物下游加工过程特点：

<1>：发酵液组成复杂，固液分离困难——这是生物分离过程中的薄弱环节

<2>：原料中目标产物含量低，有时甚至是极微量——从酒精的1/10到抗菌素1/100， 酶1/100万左右，成本高。

<3>：原料液中常伴有降解目标产物的杂质——各种蛋白酶降解基因工程蛋白产物， 应快速分离。

<4>：原料液中常伴有与目标产物性质非常相近的杂质——高效纯化技术进行分离。 <5>：生物产品稳定性差 ——严格限制操作条件，保证产物活性。

<6>：分离过程常需要多步骤操作，收率低，分离成本高——提高每一步的产物收得 率，尽可能减少操作步骤。 <7>：各批次反应液性质有所差异——分离技术具有一定的弹性。 2 设计生物产品的分离工艺应考虑哪些因素？

(1)产品的性质（2）成本（3）工艺步骤（4）操作程序（5）生产方式（6）生产规模 （7）产品稳定性（8）环保和安全 3 初步纯化与高度纯化分离效果有何不同？

（1）初步纯化是将目标物和与其性质有

第一章绪论

1、何为生化分离技术？其主要研究那些容？

生化分离技术是指从动植物组织培养液和微生物发酵液中分离、纯化生物产品的过程中所采用的方法和手段的总称。

2、生化分离的一般步骤包括哪些环节及技术？

一般说来，生化分离过程主要包括4个方面：①原料液的预处理和固液分离，常用加热、调PH、凝聚和絮凝等方法；②初步纯化(提取)，常用沉淀、吸附、萃取、超滤等单元操作；③高度纯化(精制)，常选用色谱分离技术；④成品加工，有浓缩、结晶和干燥等技术。

3、生化分离工程有那些特点，及其重要性？

特点：1、目的产物在初始物料（发酵液）中的含量低；2、培养液是多组分的混合物，除少量产物外，还有大量的细胞及碎片、其他代物（几百上千种）、培养基成分、无机盐等；3、生化产物的稳定性低，易变质、易失活、易变性，对温度、pH值、重金属离子、有机溶剂、剪切力、表面力等非常敏感；4、对最终产品的质量要求高

重要性：生物技术产品一般存在于一个复杂的多相体系中。唯有经过分离和纯化等下游加工过程，才能制得符合使用要求的产品。因此产品的分离纯化是生物技术工业化的必需手段。在生物产品的开发研究中，分离过程的费用占全部研究费用的50％以上；在产品的成本构成中，分离与纯化部分占总成本的40～80％；精

1. SPE与SPME的特点各是什么？相同性？相异性？

SPE特点：SPE技术基于液-固相色谱理论，采用选择性吸附、选择性洗脱的方式对样品进行富集、分离、净化，是一种包括液相和固相的物理萃取过程。其特点主要为：可同时完成样品富集与净化，大大提高检测灵敏度；比液液萃取更快；更节省溶剂,；可自动化批量处理；重现性好。

SPME特点：集萃取、浓缩、解吸、进样于一体的样品前处理新技术，它以固相萃取(SPE)为基础，保留了SPE的全部优点，排除了SPE需要柱填充物和使用有机溶剂进行解吸的缺点，并可用于GC和HPLC等仪器上直接进样。它具有样品用量少、选择性高、使用方便、快捷等特点。

共同点：节约有机溶剂 不会出现乳化现象 缩短样品预处理时间 容易操作 可自动化控制

不同点：SPME 提高了较SPE相比 降低了预处理陈成本，提高了回收率，改善了吸附剂孔道易堵塞的问题，排除了SPE需要柱填充物和使用有机溶剂进行解吸的缺点，并可用于GC和HPLC等仪器上直接进样。

2. SPE中各种萃取模式的特点及适用范围？

固相萃取实质上是一种液相色谱分离，其主要分离模式也与液相色谱相同，可分为正相SPE，反相SPE，离子交换SPE和吸附SPE。

1-2 分别给出生物制药、化学制药以及中药制药的含义。

生物药物是利用生物体、生物组织或其成分，综合应用生物学、生物化学、微生物学、

免疫学、物理化学和药学等的原理与方法进行加工、制造而成的一大类预防、诊断、治疗制

品。广义的生物药物包括从动物、植物、微生物等生物体中制取的各种天然生物活性物质及

其人工合成或半合成的天然物质类似物。

化学合成药物一般由化学结构比较简单的化工原料经过一系列化学合成和物理处理过程制得(称全合成);或由已知具有一定基本结构的天然产物经对化学结构进行改造和物理处

理过程制得(称半合成)。

中药则以天然植物药、动物药和矿物药为主，但自古以来也有一部分中药来自人工合成(如无机合成中药汞、铅、铁，有机合成中药冰片等)和加工制成(如利用生物发酵生产的六神曲、豆豉、醋、酒等，近年来亦采用密环菌固体发酵、冬虫夏草菌丝体培养、灵芝和银耳发酵等)。 1-5 试说明化学合成制药、生物制药和中药制药三种制药过程各自常用的分离技术以及各有什么特点。

1-10 试按照过程放大从易到难的顺序，列出常用的8种分离技术。

1-11 结晶、膜分离和吸附三种分离技术中，最容易放大的是哪一种？最不容易放大的又是哪一种？

1-12 吸附、膜

《蔗糖酶的提取及分级沉淀提取综合实验》部分思考计算

先预习综合性实验的P25~30以及P49~57；

一、熟练酶液蔗糖酶活力测定方法及计算

还原糖是分子中含有游离醛基或酮基的单糖或双糖，蔗糖经蔗糖酶酶解作用后，酶

解产物的还原糖含量可用3,5二硝基水杨酸比色法测定，与葡萄糖标准工作曲线比较定量计算。经公式换算可求出酶液中蔗糖酶活力。糖液中还原糖含量越高，说明蔗糖酶活力越大，可通过蔗糖酶活力的大小，评价酶的提取方法、酶纯化的结果等指标。 蔗糖蔗糖酶

葡萄糖果糖

酶液中蔗糖酶活力单位计算：

利用葡萄糖标准曲线，根据蔗糖被蔗糖酶酶解3分钟后反应液中还原糖的生成量来

计算。

设：已知葡萄糖标准工作曲线回归方程为：

y =1.56A+0.0051 (y：单位为mg；A：520nm吸光值)

已知：吸取酶解反应液0.2mL，比色法测得520nm波长吸光值A=0.670。

答案：13.13（U/mL）

若酶解反应液酶活力高，需稀释后才能检测，换算时注意稀释倍数的换算。

（2）若所提取酶液总体积为20mL，酶液总酶活力等于多少？

二、酶的分级沉淀提取

经酵母破壁提取的酶液除含有蔗糖酶外，还含有其他的杂蛋白，实验中蔗糖酶的分级沉淀提取是一除杂纯化过程。分级沉淀试剂可用乙醇或硫酸铵，加入酶液

实验一流体流动型态及临界雷诺数的测定 影响流体流动形态的因素有哪些？

雷诺数Re如何计算？（取一组实验数据为例）。

实验测得的下临界雷诺数是多少？上临界雷诺数是多少？与理论值有偏差的原因是什么？ 实验操作的注意事项有哪些？

如何根据实验现象判断流体流动形态？ 如何保证实验时有稳定的压头？ 转子流量计是否需要标定？

实验二气体流量测定与流量计标定 湿式气体流量计使用时应注意什么？

校验流量计时应注意什么？（应记录那些数据） 本实验中，哪个流量计是容积式的？哪个流量计是定截面变压差式的？哪个是变截面定压差的？

气体转子流量计标定的条件是什么？液体转子流量计标定的条件是什么？ 计算：湿式气体流量计示值是5L时，其实际体积流量是多少？ 毛细管流量计A刻度处的体积流量是多少？

转子流量计0.12m3/h刻度处的体积流量应为多少？ 实验三流体流动阻力的测定

测压导管测压孔的大小和位置、测压导管的粗细和长短对实验结果有无影响？为什么？ 实验中A、C点静压头的关系是什么？

A、B、C三点处冲压头（全压头）的关系是什么？

3、如何根据测定的实验数据计算管径放大局部阻力hl? 如何根据测定的实验数据计算管径放大局部阻力系数ζ？ 4、如何根据测定的实验数据计算管径

有机实验思考题答案

熔点的测定

1〃测定熔点对有机化合物的研究有什么意义？ ① ②

可以初步判断物质 判定物质纯度

2〃毛细管法测定熔点时，Thiele管中应倒入多少热浴液体？ 加入使液面稍高于侧管的液体

3〃为什么一根毛细管中的样品只用于一次测定？ 一次测定后，样品的晶型发生改变对测量结果有影响 4〃接近熔点时升温速度为何要放慢？

方便观察初熔和全熔温度，不放慢易使测定的温度偏高 5〃什么时候开始记录初熔和全熔的温度？ 当观察到样品外围出现小滴液体时 为初熔 当固体样品刚刚消失成为透明液体时 为全熔温度 重结晶

1.简述重结晶的操作步骤和各步的主要目的

选择溶剂，溶解固体，加入活性炭（脱色），趁热过滤（除去不溶性杂质与活性炭），结晶析出（可溶性杂质留在母液中），减压过滤（使晶体与母液分离），洗涤晶体（除去附着的母液），晶体的干燥

2理想重结晶条件？

溶剂不与提纯物质发生化学反应；

重结晶物质在溶剂中的溶解度随温度变化，即高温时溶解度大，

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有机实验思考题答案

而低温时溶解度小

杂质在溶剂中的溶解度或者很大，或者很小； 沸点较低，易挥发，干燥时易于结晶分离除去 溶剂应容易与重结晶物质分离

无毒或毒性很小，价格便宜，操作安

1． 物理化学实验技术

思考题、讨论题、作业：物理化学实验与其他化学课程实验有哪些异同点？

2,微乳柴油燃烧热的测定 思考题、讨论题、作业：

1.什么是燃烧热？它在化学反应热的计算中有何应用? 2.影响本实验准确度的主要有哪些因素？为什么？ 3.什么是氧弹卡计的水当量？如何测得？ 4.实验测得的温差为何经过雷诺校正？

3. 柴油-水微乳体系拟三元相图的绘制 7．问题思考

（1）柴油的主要成分是什么？其燃烧后可能形成的产物有那些？ （2）乳化柴油与微乳柴油的区别？制备方法上有什么不同？

（3）乳化柴油为什么不稳定？其对柴油发动机产生的损害是什么？

（4）为什么要进行柴油微乳液的研究？形成微乳柴油的通常条件是什么？其中

各组分的作用是什么？

（5）什么是相图？什么是拟三元相图？通过拟三元相图的绘制与分析，你可以得到那些信

息？

（6）确定微乳液基本性质的简单方法（W/0型乳液或0/W型乳液）有那些？其原理是什么？ （7）为什么将柴油微乳化可提高柴油的燃烧效率，减少尾气排放？其可能的机理有那些？ （8） 氧弹量热技术的基本测量原理是什么？如何通过氧弹量热计测定微乳柴油的燃烧值？

燃油的完全燃烧与不完全燃烧有什么区别？ （9）本实验乳化剂配

电路实验思考题

虚拟实验

1. 在EWB5.0中，如何使读数及其波形定格？

答：是读数及其波形定格有两种方法。一是在接通电源进行仿真前进行一下设置：“analysis”→“Analysis Options”→“Instruments”→选定“Pause after each screen”；另一是在接通电源进行仿真后按下“Pause”按钮。

2. 在EWB5.0中，如何使示波器中已经定格的波形上下左右移动？

答：在示波器界面上调整“X position”的数值即可使已定格的波形左右移动，调整“Y position”的数值即可使已定格的波形上下移动。

伏安特性的测绘

1. 图2中，R的作用是什么？如果取消R，会有什么后果？

答：图2中，电阻R为限流电阻，其作用是保护二极管。二极管加正向电压超过其导通电压时相当于导线，如果取消电阻Ｒ，接通电源时当加在二极管两端的正向电压超过二极管的导通电压时，流过二极管的电流就会很大，可能会击穿二极管。 ２．记下二极管、稳压二极管的型号、符号，理解其含义。 答：本实验中使用的半导体二极管型号为2CP15。“２”表示二极管、“Ｃ”表示二极管为硅材料二极管、“Ｐ”表示二极管为普通二极管、“１５”是二半导体二极管极管

为什么认为上临界雷诺数无实际意义，而采用下临界雷诺数作为层流与湍流的判据？

(1) 上临界雷诺数不稳定,变化范围大12000~40000,下临界雷诺数比较稳定,约为2320。

工程中一般采用2320做为层流、紊流的分界。

(2) 因为上临界雷诺数不稳定，变化范围大，为5000~40000，而下临界雷诺数却比较稳

定，约为2320，因此认为上临界雷诺数无实际意义，而采用下临界雷诺数作为层流与紊流的判据

试结合湍动机理实验的观察，分析由层流过渡到湍流的机理

从紊动机理实验的观察可知，异重流（分层流）在剪切流动情况下，分界面由于扰动引发细微波动，并随剪切流动的增大，分界面上的波动增大，波峰变尖，以至于间断面破裂而形成一个个小旋涡。使流体质点产生横向紊动。正如在大风时，海面上波浪滔天，水气混掺的情况一样，这是高速的空气和静止的海水这两种流体的界面上，因剪切流动而引起的界面失稳的波动现象。由于园管层流的流速按抛物线分布，过流断面上的流速梯度较大，而且因壁面上的流速恒为零。相同管径下，如果平均流速越大，则梯度越大，即层间的剪切流速越大，于是就容易产生紊动。紊动机理实验所见到的波动 破裂 旋涡 质点紊动等一系列现象，便是流态从层流转变成紊流的过程显示。