发布时间 : 星期五 文章生物分离工程 第二、三章综合测试更新完毕开始阅读
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（√ ）
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
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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
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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
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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