钟青萍讲授1第三章沉淀Precipitation
钟青萍讲授2
何谓沉淀？
?Definition ：a phenomena of solid aggregates formed in a solution, that is based on a decrease in solubility induced by external factors.
?利用沉淀剂使所需提取的生化物质或杂质在溶液中的溶解度降低而形成无定形固体沉淀的过程。
钟青萍讲授3?特点：操作简单、经济、浓缩倍数高
Characteristic: precipitation is a elementary isolation technique. It is widely applied to recovery of biotechnological products .?缺点：针对复杂体系而言，分离度不高、选择性不强The purity of sediment is low.
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一般沉淀操作的过程
?在经过滤或离心后的样品液中加入沉淀剂；?沉淀物的陈化；
?离心或过滤，收集沉淀物。
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????????多价金属离子聚电解质
非离子型聚合物特殊沉淀剂热沉淀其他沉淀法有机溶剂沉淀等电点沉淀盐析沉淀沉淀法常用沉淀方法的分类
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?Commonly used methods
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????????ions metal polyvalent polymer ed arg ch polymer ionic non agents Special ion precipitat Thermal Others ion precipitat
solvent Organic ion precipitat c Isoelectri ion precipitat
out Salting n ecipitatio Pr
钟青萍讲授
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第一节盐析沉淀（Salt induced
precipitation）
?盐溶（Salting in ）：在低浓度的中性盐存在下，蛋白质（酶）等生物大分子物质在水溶液中的溶解度增大的现象。At low concentration of the salt, solubility of the proteins usually increases slightly. This is termed Salting in .
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盐析沉淀（Salt induced precipitation）
?盐析（Salting out ）：在高浓度中性盐存在下，蛋白质（酶）等生物大分子物质在水溶液中的溶解度降低，产生沉淀的过程。
At high concentrations of salt, the
solubility of the proteins drops sharply. This is termed Salting out and the proteins precipitate out.
钟青萍讲授9盐析原理
?首先需要了解生物大分子在水溶液中的存在状态：
–两性电解质，由于静电力的作用，分子间相互排斥，形成稳定的分散系
–蛋白质周围形成水化膜，保护了蛋白质粒子，避免了相互碰撞
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Electric double layer
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盐析原理
低盐溶度下，发生盐溶，是因为：?无机盐离子在蛋白质表面上吸附，使颗粒带相同电荷而互相排斥。
?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水分子的相互作用力，使溶解度增大。
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盐溶
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盐析过程
?随着中性盐的加入，蛋白质分散体系出现盐析现象原因如下：
A.无机离子与蛋白质表面电荷中和，形成离子对，部分中和了蛋白质的电性，使蛋白质分子之间的排斥力减弱，从而能够相互靠拢；
B.中性盐的亲水性大，使蛋白质脱去水化膜，疏水区暴露，由于疏水区的相互作用导致沉淀。
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盐析
疏水区暴露，由于疏水区的相互作用导致沉淀the addition of neutral salt can
increase hydrophobic interactions between neutral protein molecules
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影响盐析的因素
?盐的种类和浓度：离子半径小,带电荷多的离子盐析效果好?溶质种类的影响
?溶质浓度的影响：样品溶度0.5-2%
蛋白质浓度大，盐的用量小，但共沉作用明显，分辨率低；
蛋白质浓度小，盐的用量大，分辨率高；
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影响盐析的因素
?pH 值：影响蛋白质表面净电荷的数量，通常调整体系pH 值，使其在pI 附近；
?盐析温度：大多数情况下，高盐浓度下，温度升高，蛋白质失水，蛋白质的溶解度反而下降。?操作条件应温和,一般在较低温度下进行。
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盐析用盐的选择
在相同离子强度下，盐的种类对蛋白质溶解度的影响有一定差异，一般的规律为：?半径小的高价离子的盐析作用较强，半径大的低价离子作用较弱
?磷酸钾>硫酸钠>硫酸铵>柠檬酸钠>硫酸镁
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选用盐析用盐的几点考虑
?盐析作用要强
?盐析用盐需有较大的溶解度?溶解度受温度影响较小?盐析用盐必须是惰性的
?盐溶液密度不高，以便蛋白质沉淀和离心分离?来源丰富、经济
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常用的盐析用盐
?#硫酸铵：溶解度大（767g/L ）?硫酸钠?磷酸盐?柠檬酸盐
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盐析用盐的用量选择
?饱和度（Saturation ）的概念：以硫酸铵为例：
25℃时，硫酸铵的饱和溶解度是767g/L ，定义为100%饱和度。
如果沉淀某一种蛋白质需要60%饱和度的硫酸铵，那么需要硫酸铵固体的量是多少？
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硫酸铵盐析操作
?硫酸铵固体加入法：
通常在搅拌下，以少量多次方式缓慢加入，待加入的硫酸铵溶解后再加入少量的硫酸铵。
当蛋白质溶液体积不大，所需调整的硫酸铵浓度不高时，可采用。
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硫酸铵固体加入法钟青萍讲授
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硫酸铵盐析操作
?饱和溶液加入法：
较温和的方法，加入饱和的硫酸铵溶液。饱和的硫酸铵溶液的配制:一定量的水中加入过量的硫酸铵，加热至50-60℃保温数分钟，趁热过滤，在0 ℃或25℃平衡1-2天，有固体析出时即达100%饱和度。
不同饱和度所需加入的量可用公式计算：
S1：原溶液的硫酸铵饱和度S2：要达到的硫酸铵饱和度S3：加入的硫酸铵饱和度，通常为１００％
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蛋白质的盐析沉淀纯化应用举例
硫酸铵饱和度 目标蛋白
来源
一次沉淀 二次沉淀 收率 纯化倍数 人干扰素 细胞培养液30（上清） 80（沉淀） 99
1.7 白细胞介素2细胞培养液35（上清） 85（沉淀） 73.5 7.0 单克隆抗体 细胞培养液50（沉淀）
100
>8
?盐析沉淀后，需进行脱盐处理，再进行后续操作（Because of many salts being remained in the
sediment, removal of salts must be carried out after salting-out precipitation.)
?脱盐：
透析：透析袋（半透膜）超滤
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第二节有机溶剂沉淀
Organic solvent precipitation
?概念：在含有溶质的水溶液中加入一定量亲水的有机溶剂，降低溶质的溶解度，使其沉淀析出。?原理：
（1）降低了溶质的介电常数，使溶质之间的静电引力增加，从而出现聚集现象，导致沉淀。（2）由于有机溶剂的水合作用，降低了自由水的浓度，降低了亲水溶质表面水化层的厚度，降低了亲水性，导致脱水凝聚。
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常用的有机溶剂沉淀剂
?乙醇：沉淀作用强，挥发性适中，无毒，常用于蛋白质、核酸、多糖等生物大分子的沉淀
?丙酮：沉淀作用更强，用量省，但毒性大，应用范围不广
?要求：致变性作用要小，毒性要小、挥发性适中，水溶性要好
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有机溶剂沉淀的特点
?分辨率高
?溶剂容易分离，并可回收使用?产品洁净，无需脱盐等?容易使蛋白质等生物大分子失活?应注意在低温下操作（有机溶剂预冷）?成本高
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影响有机溶剂沉析的主要因素
?温度：低温有利于防止溶质变性；有利于提高收率（溶解度下降）；?搅拌速度：散热?溶液pH 值：pI
?离子强度：离子强度低有利于沉析，防止蛋白质变性。0.01~0.05mol/L
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影响有机溶剂沉析的主要因素
?样品浓度：
稀：溶剂用量大，回收率低，但共沉淀作用小
浓：节省溶剂用量，共沉作用强，分辨率低
?金属离子的助沉析作用：Zn 2+、Ca 2+可减少有机溶剂的用量
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第三节等电点沉淀法Isoelectric precipitation
?原理：
蛋白质是两性电解质，当溶液pH值处于等电点时，分子表面净电荷为0，双电层和水化膜结构被破坏，由于分子间引力，形成蛋白质聚集体，进而产生沉淀。
?概念：
调节体系pH值，使两性电解质的溶解度下降，析出的操作称为等电点沉淀。
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?由于在等电点附近，溶质仍然有一定的溶解度，等电点沉淀法往往不能获得高的回收率，因此等电点沉淀法通常与盐析、有机溶剂沉淀法联合使用?操作时的注意事项：
（1）由于无机离子的影响，蛋白质的等电点通常会发生“漂移”，阳-高，阴-低（2）溶质的稳定性（3）盐析效应
钟青萍讲授33第四节其它沉淀法
?选择性变性沉淀法
?水溶性非离子型聚合物沉淀剂：如PEG ?成盐类复合物沉淀剂?离子型表面活性剂?离子型多聚物沉淀剂?
分离核酸用沉淀剂
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选择性变性沉淀法
?利用蛋白质、酶、核酸等生物大分子对某种物理或化学因素的敏感性差异，实现分离。?加入变性剂?选择性酸碱变性?选择性热变性
使用时需慎重！！
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?热沉淀Thermal precipitation
?Principle ：under higher temperature make heat sensitive proteins precipitate and achieve the separation of heat stable proteins.
?利用在较高温度下，热稳定性差的蛋白质发生变性沉淀的现象，分离纯化热稳定性高的目标蛋白的方法。
?it is a separation method of making proteins denaturation, so there should be a difference of heat stability between the given protein and the impurity proteins, that must be known very clearly 需对目标蛋白和共存杂蛋白的热稳定性有充分了解。
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水溶性非离子型聚合物沉淀剂
?non-ionic polymer : dextrans and polyethylene glycols (PEG,聚乙二醇)?可能有降低蛋白质分子表面的水化程度或空间排阻作用。This works because the
addition of the polymer reduces the amount of water available to interact with the protein.
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成盐类复合物沉淀剂
?此类沉淀剂有以下三种：
（1）高价金属盐：Cu 2+，Ag 2+，Zn 2+，Ca 2+
与酸性基团结合；
（2）苦味酸盐、单宁酸盐、鞣质等，与碱性基团结合
（3）无机复合盐：磷钨酸盐、磷钼酸盐等?缺点：容易导致活性蛋白的不可逆变性
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离子型表面活性剂
?十六烷基三甲基季铵盐的溴化物（CTAB ）主要用于沉淀酸性多糖。?十二烷基磺酸钠（SDS ）主要用于沉淀膜蛋白和核蛋白。
钟青萍讲授39离子型多聚物沉淀剂Charged polymer
?是一类温和的沉淀剂，与目标蛋白成盐。?核酸（多聚阴离子）：用于碱性蛋白的沉淀
?鱼精蛋白（多聚阳离子）：用于酸性蛋白的沉淀
钟青萍讲授40
应用举例：分离核酸用沉淀剂
?酚、氯仿、十二烷基磺酸钠等?目的是使核酸和蛋白质分离，蛋白质变性沉淀，核酸则存在于水溶液中。
钟青萍讲授41?什么是沉淀？
?沉淀法纯化蛋白质的优点有哪些？?沉淀的一般操作步骤是什么？?何谓盐析？其原理是什么？?盐析操作时常用的盐是什么？?
影响盐析的主要因素有哪些？
通过本章学习应能够回答以下问题
钟青萍讲授42
?有机溶剂沉淀法的原理是什么？?影响有机溶剂沉淀的主要因素有哪些？?等电点沉淀的工作原理是什么？?其它常用的沉淀方法有哪些？
第三章沉淀反应技术 （Precipitation reacti on technique） 一、概述 可溶性抗原（如细菌浸出液、含菌病料浸出液、血清以及其他来源的蛋白质、多糖质、类脂体等）与其相应的抗体相遇后，在电解质参与下，抗原抗体结合形成白色絮状沉淀，出现白色沉淀线，此种现象称为沉淀反应。沉淀反应中的抗原叫沉淀原（precipitinogen）,与沉淀原发生反应的抗体称为沉淀素（precipitin）。沉淀反应的发生机制与凝集反应基本相同。不同之点是：沉淀原分子小，单位体积内总面积大，故在定量试验时，通常稀释抗原。 沉淀反应主要包括有环状沉淀反应、絮状沉淀反应和琼脂扩散反应。 环状沉淀反应是最早的沉淀反应，目前在链球菌的分类、鉴定，昆虫吸血性能及所吸血液来自何种动物的鉴别，肉品种属鉴定及炭疽尸体与皮张的检验工作中仍然应用。主要是用已知的抗体诊断未知的抗原。 絮状沉淀反应是将抗原与血清在试管内混合，在电解质存在的情况下，抗原抗体复合物可形成混浊沉淀或絮状沉淀凝聚物，此法通常用于毒素与抗毒素的滴定。 琼脂凝胶免疫扩散（Agar－gel immunodiffusion）是沉淀反应的一种形式，是指抗原抗体在琼脂凝胶内扩散，特异性的抗原抗体相遇后，在凝胶内的电解质参与下发生沉淀，形成可见的沉淀线。这种反应简称琼脂扩散。 抗原抗体扩散使用的凝胶种类很多，除琼脂外还有明胶、果胶、聚丙烯酰胺等，因此总的名称叫免疫扩散（Immunodiffusion 简写为ID）。琼脂扩散是免疫扩散中的一种方法。 琼脂扩散的原理是：物质自由运动形成扩散现象，扩散可以在各种介质中进行。我们所使用的1％～2%的琼脂凝胶，琼脂形成网状构架，空隙中是98％~99%的水，扩散就在此水中进行。1％~2%琼脂所形成的构架网孔较大，允许分子量在20万以下甚至更大些的大分子物质通过，绝大多数可溶性抗原和抗体的分子量在20万以 ? 1 ?
第三章离心技术与离心机习题参考答案 一、名词解释 1.离心现象：物体远离圆心运动的现象称为离心现象,也叫离心运动。 2.重力沉降：液体中的微粒受重力的作用，较重的微粒下沉与液体分开，这个现象称为重力沉降。 3.沉降速度：在强大离心力的作用下，单位时间内物质的运动的距离。 4.扩散现象：在介质中，扩散是由于微粒的热运动而产生的质量迁移现象,主要是由于密度差引起的，这种现象称为扩散现象。 5.解释R?C?F：相对离心力，是指在离心力场中，作用于颗粒的离心力相当于地球重力的倍数，单位是重力加速度“g” 6.解释沉降系数：是指颗粒在单位离心力场作用下的沉降速度，其单位为秒。 7.K系数：是用来描述在一个转子中，将粒子沉降下来的效率。也就是溶液恢复成澄清程度的一个指标。 8.最大转速：指离心转头可达到最大转速，单位是rpmo 9.最大离心力：指离心机可产生的最大相对离心力场R?C?F,单位是g。 10.最大容量：指离心机一次可分离样品的最大体积，通常表示为mXn。 11.调速范围：也叫转速设置范围，指离心机转头转速可调整的范围。 12.温度控制范围：指离心机工作时可控制的样品温度范围。 13.工作电压：一般是指离心机电机工作所需的电压。 14.电源功率：通常是指离心机电机的额定功率。 二、选择题 [ASUS] 1. B 2?C 3?B 4. C5?A 6?C 7?B 8? A 9. C 10?A 11. A 12. C 13. C 14. C 15. D 16. B 17?A 18. A 19. B 20. A 21. D 22. E 23. D 24. C 25. C 26. B 27. C 28. B 29. C 30. A 31. D 32. B
第三章沉淀 主要内容 第一节蛋白质表面特性 第二节蛋白质沉淀方法 第一节蛋白质表面特性 蛋白质表面由不均匀分布的荷电基团形成的荷电区、亲水区和疏水区构成。 蛋白质的水溶液呈胶体性质，在蛋造白质分子周围存在与蛋白质分子紧密或疏松结合的水化层。是蛋白质形成稳定的胶体溶液、防止蛋白质凝聚沉淀的屏障之一。 蛋白质沉淀的另一屏障是蛋白质分子间的静电排斥作用。当双电层的电位足够大时，静电排斥作用抵御分子间的相互吸引作用，使蛋白质溶液处于稳定状态。 第二节蛋白质沉淀的方法 盐析沉淀法 等电点沉淀法 有机溶剂沉淀法 非离子型聚合物 聚电解质 多价金属离子 1.盐析法 盐析沉淀法：蛋白质在高离子强度溶液中溶解度降低，发生沉淀的现象。 中性盐：硫酸铵、硫酸钠、柠檬酸钠等 盐析沉淀原理: 由于加入大量的中性盐破坏了蛋白质的水化膜、中和其所带的电荷从而使蛋白质分子聚集而沉淀析出。 蛋白质的盐析行为常用Cohnx经验式表示： lgS=β-K sμ 式中S为蛋白质的溶解度；μ为离子强度；β为常数，与盐的种类无关，但与温度和pH有关；K s 为盐析常数，与盐的种类有关，但与温度和pH无关。 K s分级盐析法：在一定的pH和温度条件下，改变盐的浓度(即离子强度)达到沉淀的目的。 β分级盐析法：在一定的离子强度条件下，改变溶液的pH和温度达到沉淀的目的。 影响盐析的因素 (1)无机盐种类：离子半径小，带电多，电荷密度高的阴离子，盐析效果好。 (2)pH值：pH影响Cohnx方程中的b值，pH值接近蛋白质pI值时，蛋白
质溶解度最小。 (3)温度：T影响Cohn方程中的b值。温度升高，b降低；温度降低，b升高。 分段盐析 不同的蛋白质分子，由于其分子表面的极性基团的种类、数目以及排布的不同，其水化层厚度不同，故盐析所需要的盐浓度也不一样，因此调节蛋白质的中盐浓度，可以使不同的蛋白质分别沉淀。 ?常用的盐析剂是硫酸铵，因为它的盐析能力强，在水中的溶解度大，价格便宜，浓度高时也不会引起蛋白质活性丧失。 ?盐析沉淀的蛋白质仍保持天然构象，即仍有活性。 ?蛋白质用盐析方法沉淀分离后，还需要脱盐才能进一步精提纯。脱盐常用透析法。 透析是将含有小分子杂质的蛋白质溶液装在半透膜（玻璃纸、火绵纸等）制的透析袋里放在缓冲液中进行，可不断更换缓冲液，直至杂质被除去。 2 等电点沉淀 利用蛋白质在pH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法。 不同的蛋白质有不同的等电点，因此通过调节溶液pH到目的蛋白的等电点，可使之沉淀而与其它蛋白质分开，从而除去大量杂蛋白。 沉淀原理：蛋白质在其等电点时溶解度最低。 3 有机溶剂沉淀法 ?有机溶剂沉淀：向含有目标物质的溶液中加入水溶性的有机溶剂(如丙酮，乙醇等)，而使目标物质发生沉淀的方法。 沉淀原理： A 有机溶剂能破坏溶质分子的水化层，降低溶质的溶解度； B 有机溶剂降低水溶液的介电常数，使溶质分子间的静电引力（库仑力）增大，导致溶质的凝集和沉淀。 4 非离子型聚合物 非离子型聚合物：利用一些非离子型的高聚物来沉淀蛋白质的方法。 沉淀原理：可能有降低蛋白质分子表面的水化程度或空间排阻作用
第三章沉淀溶解平衡 [教学要求] 1．掌握溶度积常数的概念； 2．掌握溶度积常数和溶解度之间的换算； 3．用溶度积原理判断沈淀溶解平衡移动的方向； 4．掌握沈淀的生成过程与沉淀溶解的方式。 [教学重点] 1．溶度积常数与溶解度之间的换算； 2．沈淀溶解平衡移动的方向。 [每节时分配] 第一节溶度积原理 1节时 第二节沉淀的生成和溶解 2节时 [教学方法]讲授结合启发式。加强学生主动性 [使用教具]挂图，投影，多媒体课件 [作业]57页 2、3、4、6 第一节溶度积原理 （本节可从溶解度的大小入手，引出沈淀溶解平衡） [提问] 1．什么是溶解度？ 2．按溶解度的大小，物质可以如何划分？ [解释] 溶解度S>0．01g/100g的物质为“难溶物”，但并非不溶。极性溶剂水分子和固体表面粒子（离子或极性分子）相互作用，使溶质粒子脱离固体表面成为水合离子进入溶液的过程叫溶解。溶液中水合离子在运动中相互碰撞重新结合成晶体从而成为固体状态并从溶液中析出的过程叫沉淀。 溶解、沉淀两个相互矛盾的过程使一对可逆反应，存在平衡状态，此平衡称为沈淀溶解平衡，一、溶度积常数 1．难溶电解质 在水中绝对不溶的物质是不存在的，把在水中溶解度很小（．小于0．01g/100g）电解质称为难溶电解质。它分为难溶强电解质和难溶弱电解质。不管是难溶强电解质还是难溶弱电解质，在溶液中均可认为是100%的电离。如： BaSO4(s) Ba2++SO42- （未溶解的晶体）（溶液中的离子）
平衡常数 K spBaSO4=c Ba2+·c SO42- 对于一般难溶强电解质 A m B n mA n+ + nB m- 2．溶度积 其平衡常数Ksp=[A n+]m[B m-]n称为溶度积常数简称溶度积：一定温度下难溶强电解质的饱和溶液中各组分离子浓度幂的乘积为一常数。Ksp只是温度的函数，可由实验测定也可计算求得。 沈淀溶解平衡是在未溶解固体与溶液中离子间建立的，溶液中离子是由已溶解的固体电离形成的。由于溶解的部分很少，故可以认为溶解部分可完全电离。 [练习] 分别写出CaCO3，Ag2CrO4，Fe（OH）3的溶度积常数表达式。 3．Ksp的物理意义 （1）K sp的大小只与反应温度有关，而与难溶电解质的质量无关； （2）表达式中的浓度是沉淀溶解达平衡时离子的浓度，此时的溶液是饱和或准饱和溶液； （3）由K sp的大小可以比较同种类型难溶电解质的溶解度的大小；不同类型的难溶电解质不能用．K sp 比较溶解度的大小（举例说明）； 表3—1 难溶电解质的溶度积度积与溶解度的对比 （4）K sp的数值可查附录。 [引出] K sp与s均可判断溶解度大小，二者有无关系？ 二、溶度积与溶解度的换算（K sp与s） [说明] 上列公式中的溶解度s的单位均为mol·L-1，应用时应注意单位的换算。 1．已知溶解度，求溶度积 [例1]已知25℃时，Ag2CrO4的溶解度是2．2×10-3g/100g水，求K sp（Ag2CrO4）。 解： eq \o\ac(○,1)1换算单位：2．2×10-3 /332=6．6×10-5（mol．L）
第三章 细胞生物学研究方法 第一节细胞形态结构的观察方法 分辨率： 肉眼0.2mm 光镜0.2μm 电镜0.2nm 一、光学显微镜技术 （light microscopy ） （一）普通复式光学显微镜技术 a ． 光学放大系统：目镜和物镜 光镜 照明系统：光源、折光镜和聚光镜，有时另加各种滤光片 组成 机械和支架系统 b ．分辨率D ：分开两个质点间的最小距离。 0．61 λ 其中： λ为光源波长 D ＝ α为物镜镜口张角 N ·sinα/2 N 为介质折射率 c.普通光镜样品制备： 固定（如甲醛）、包埋（如石蜡）、切片（约5μm）、染色 （二）荧光显微镜技术（fluorescence microscopy 光镜水平对特异蛋白定性定位） 1．FM 包括免疫荧光技术和荧光素直接标记技术 2．不同荧光素的激发光波长范围不同，所以同一样品可以同时用两种以上荧光 素标记。荧光显微镜中只有激发荧光可以成像。 （三）激光共焦点扫描显微镜技术（laser scanning confocal microscopy ） 1．特点：瞬间只用很小一部分光照明，保证只有来自焦平面的光成像，成像清晰 分辨率比普通荧光显微镜提高1.4－1.7倍。 通过改变焦平面位置可以观察较厚样品的内部构造，进行三维重构。 2． 共焦点是指物镜和聚光镜同时聚焦到同一小点。 （四）相差和微分干涉显微镜技术 1．相差显微镜（phase-contrast microscopy ） 光线通过不同密度物质产生相位差，相差显微镜将其变成振幅差。它与普通光镜 的不同是其物镜后有一块“相差板”，夸大了不同密度造成的相位差。 2．微分干涉显微镜（differential －interference microscopy ）——用的是平面偏振光 光经棱镜折射成两束，通过样品相邻部位，再经棱镜汇合，使样品厚度上的微 小 差别转化为明暗区别，使样品产生很强的立体感。 二、电子显微镜技术（electron microscope ） （一）电子显微镜基本知识 1．与光镜的基本区别：电子束作光源、电磁透镜聚焦、镜筒高真空、荧光屏等成像 2．分辨本领与有效放大倍数： 分辨率0.2nm ，比肉眼放大有效放大倍 数 分辨本领指电镜处于最佳状态下的分辨率。 实际情况中，分辨率受样品限制。 3．电子显微镜 电子束照明系统：电子枪、聚光镜 基本构造 成像系统：物镜、中间镜、投影镜等 真空系统：用两级真空泵不断抽气 记录系统：荧光屏或感光胶片成像 （二）主要电镜制样技术介绍
钟青萍讲授1第三章沉淀Precipitation 钟青萍讲授2 何谓沉淀？ ?Definition ：a phenomena of solid aggregates formed in a solution, that is based on a decrease in solubility induced by external factors. ?利用沉淀剂使所需提取的生化物质或杂质在溶液中的溶解度降低而形成无定形固体沉淀的过程。 钟青萍讲授3?特点：操作简单、经济、浓缩倍数高 Characteristic: precipitation is a elementary isolation technique. It is widely applied to recovery of biotechnological products .?缺点：针对复杂体系而言，分离度不高、选择性不强The purity of sediment is low. 钟青萍讲授4 一般沉淀操作的过程 ?在经过滤或离心后的样品液中加入沉淀剂；?沉淀物的陈化； ?离心或过滤，收集沉淀物。 钟青萍讲授 5 ????? ? ?? ?? ??? ?? ????????多价金属离子聚电解质 非离子型聚合物特殊沉淀剂热沉淀其他沉淀法有机溶剂沉淀等电点沉淀盐析沉淀沉淀法常用沉淀方法的分类 钟青萍讲授6 ?Commonly used methods ????? ??? ?? ??? ?? ?? ????????ions metal polyvalent polymer ed arg ch polymer ionic non agents Special ion precipitat Thermal Others ion precipitat solvent Organic ion precipitat c Isoelectri ion precipitat out Salting n ecipitatio Pr
第3章混凝、沉淀和澄清 第一节混凝机理 水中悬浮杂质大都可以通过自然沉淀的方法去除，而胶体及微小悬浮物，沉速缓慢，须经混凝沉淀方可去除。 混凝：水中胶体及微小悬浮物的聚集过程。包括凝聚和絮凝。 凝聚：水中胶体失去稳定性的过程。 絮凝：脱稳胶体相互聚结成大颗粒絮体的过程。这两过程很难分开。 混凝用途：生活饮用水处理、工业废水处理、城市污水三级处理、污泥处理等。 1、胶体的稳定性 指胶体colloid粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。原因： （一）动力学稳定性（沉降稳定性）－布朗运动使胶体处于稳定状态不下沉。 布朗运动对抗重力的影响大。 （二）聚集（凝聚）稳定性 指由于静电斥力（同性电荷）和水化膜作用不能接近相互聚集变 大。 1．胶团的基本形态 胶核（胶体分子聚合而成的胶体微粒），表面吸附了某种离子（电位形成离子）而带电，由于静电引力，势必吸引溶液中异号离子到微粒周围（反离子），这些反离子同时受到静电引力和热运动扩散力。 吸附层Stern layer（随胶核一起运动）―― 靠近胶核表面处，异号离子浓度大，结合紧密 扩散层Diffuse layer（大部分运动时被甩掉，甩掉后剩下的面，叫滑动面）―― 离胶核远，反离子浓度小，结合松散。 结构式： 胶核＋吸附层＋扩散层
胶粒 胶团 2．ψ电位Potential：胶核表面上的离子和反离子之间形成的总电位 ξ电位：胶体滑动面上的电位，称作动电位 带负（正）电荷charge的胶核表面与扩散于溶液中的正（负）电荷离子正好电性中和，构成双电层结构The electrical double layer。 ξ越大，扩散层越厚，胶体颗粒斥力大，稳定性强。 3．颗粒间相互作用力有 （1）静电斥力the force of repulsion－排斥势能 （2）范德华力van der Waals force of attraction－吸引势能 4.水化膜作用 2、混凝机理 1．压缩双电层 2．吸附－电中和Adsorption-charge neutralization 3．吸附架桥Polymer bridge formation 4．沉淀物网捕或卷扫 3、铝盐和铁盐的混凝特性 （一）铝盐和铁盐的水解过程 1. 铝盐的水解过程 Al2(SO4)318H2O溶于水中，立即离解出铝离子，且常以 [Al(H2O)6]3+水会形态存在。Al3+（略去配位水分子）经过水解、聚合或配合反应可形成多种物质。 Al3+→Al(OH)3 中间产物受PH、水温、投加量等限制。 2. 铁盐的水解过程 （二）铝盐和铁盐的混凝特性 PH＜3 铝以[Al(H2O)6]3+形态为主（主要是压缩双电层） PH＝4.5~6.0 多核羟基配合物为主（吸附电中和）
第三章沉淀反应一选择题 1.某温度下,Ksp(Mg(OH) 2) = 8.39×10-12,则Mg(OH) 2 的溶解度为( )mol.L-1 A 2.05×10-6 B 2.03×10-4 C 1.28×10-4 D 2.90×10-6 2.Mg(OH) 2的溶度积是1.2×10-11(291K),在该温度下,下列pH值中,哪一个是Mg(OH) 2 饱和溶液的pH值( ) A 10.2 B 7 C 5 D 3.2 3.Mg(OH) 2 在下列四种情况下,其溶解度最大的是( ) A 在纯水中 B 在0.1 mol·L-1的HAc溶液中 C 在0.1 mol·L-1的NH 3·H 2 O溶液中 D 在0.1 mol·L-1的MgCl 2 溶液中 4.1升Ag 2CrO 4 (分子量303.8)饱和溶液中,溶有该溶质0.06257克,若不考虑离子强 度,水解等因素,Ag 2CrO 4 的Ksp是( ) A 3.5×10-11 B 2.36×10-9 C 4.24×10-8 D 8.74×10-12 5.200毫升0.1mol·L-1BaCl 2加到100mL 0.30mol·L-1Na 2 SO 4 中,沉淀出BaSO 4 的物质的 量为( ) A 0.010 B 0.020 C 0.030 D 0.200 6.下列说法正确的是( ) A 溶度积小的物质一定比溶度积大的物质溶解度小 B 对同类型的难溶物,溶度积小的一定比溶度积大的溶解度小 C 难溶物质的溶度积与温度无关 D 难溶物的溶解度仅与温度有关 7.在Ag 2CrO 4 饱和溶液中加入AgNO 3 溶液，平衡时，溶液中（）。 A K(Ag 2CrO 4 )降低 B Ag+浓度降低 C Ag 2CrO 4 的离子浓度乘积降低 D CrO 4 2-浓度降低 8.已知K(SrSO 4) = 3.2×10-7，K(PbSO 4 ) = 1.6×10-8，K(Ag 2 SO 4 ) = 1.4×10-5，在1.0 L 含有Sr2+、Pb2+、Ag+等离子的溶液中，其浓度均为0.0010 mol.L-1，加入0.010 mol Na 2SO 4 固体，生成沉淀的是.（） A SrSO4、PbSO4、Ag2SO4 B SrSO4、PbSO4 C SrSO4、Ag2SO4 D PbSO4、 Ag2SO4 https://www.doczj.com/doc/499663382.html, 2(C 2 O 4 ) 3 的饱和溶液的溶解度为1.1 × 10-6mol·L-1，其溶度积为（） A 1.2 × 10-12 B 1.7 × 10-28 C 1.6 × 10-3 D 1.7 × 10-14 10.已知(K spθ Ag 3PO 4 ) = 1.4×10-16，其溶解度为（）mol?L-1 A 1.1×10-4 B 4.8×10-5 C 1.2×10-8 D 8.3×10-5 11.BaSO 4 在0.01mol/L KCl 溶液中溶解度（） A 比水中大 B 比水中小 C 与水中相同 D 无法比较 12.某难溶强电解质A 2 B，其相对分子质量为80，常温下在水中的溶解度为2.4 x 10-3
第三章、沉淀、澄清和气浮 第一节、沉淀理论 一、概述 原水经过混合与絮凝过程后，水中胶体杂质已形成粗大絮凝体，必须采取某些处理方式使絮凝体从水中分离出来，从而获得澄清水。通常可采用沉淀池、澄清池或者气浮池工艺来去除水中悬浮颗粒。 当水中悬浮颗粒比重大于1时，可采用沉淀方法去除。沉淀是指在重力作用下将悬浮颗粒从水中沉降分离的工艺，是去除悬浮物质的主要方法。可用于简单的沉砂、预沉和混凝、软化后的悬浮物去除，以及污泥的浓缩等。 当水中悬浮颗粒比重小于1时，可采用气浮方法去除。气浮是利用微气泡粘附于絮凝体上，由于其重力远小于水的浮力而迅速上浮，使杂质颗粒从水中分离出来，达到水的澄清。气浮方法通常用于处理含藻类较多的湖泊水。 在整个净水系统中，沉淀约可去除悬浮固体的80％～90％，使出水悬浮物含量降至10mg/L，甚至5mg/L以下。 在水处理中，根据悬浮物的浓度和絮凝性能，悬浮物分离沉降分为下列四种形式。 1、分散颗粒的自由沉淀 分散颗粒系指不具絮凝性能的颗粒，即下沉过程中，颗粒的大小、形状、重量不会发生变化。当颗粒浓度较低，在沉降过程中不受颗粒彼此间影响时，称为自由沉淀。分散颗粒的沉降也称为自然沉淀。 低浓度沉砂和预沉一般属此类沉降。 2、絮凝颗粒的自由沉淀 经过混凝过程的颗粒大多具有絮凝性能，絮粒因碰撞聚集生成更大的絮体，在沉降过程中颗粒的沉速随絮粒增大而改变。絮凝颗粒的沉降也称为絮凝沉降。 大多数混凝沉淀均属此种类型。 3、拥挤沉淀 拥挤沉淀又称成层沉淀。当沉降颗粒浓度达到一定程度后，沉降颗粒相互干扰，使悬浮颗粒以接近或相同的沉速拥挤下沉，呈界面式沉降，出现清、浑水层间的明显界面(浑液面)。 高浊度水的沉淀和澄清池中水与泥渣层的分离属此种类型。 4、压缩沉淀 随着界面沉降继续，浑液面达到一定高度后其沉速减慢，沉到底部的沉泥受上部压力而压缩，颗粒间的孔隙水受压缩而排出，沉泥进一步浓缩，此沉降过程称压缩沉降。 浑液面沉速的转折点称临界点。临界点以上为拥挤沉降，临界点以下为压缩沉降。 沉淀池的积泥区或浓缩区的污泥浓缩属此类型。 完成沉淀工艺的构筑物称为沉淀池。沉淀池按其水流方向可分为平流式、竖流式和辐流式等。此外，根据浅层沉淀池原理，利用斜板、斜管完成沉淀工艺的沉淀池称为斜板(斜管)沉淀池。竖流式沉淀池现已极少采用。 二、沉淀类型的理论分析 1、悬浮颗粒在静水中的自由沉淀
第一章绪论 1.1生物工程概念 生物工程是以现代生命科学为基础，结合现代的工程技术手段和其他基础学科的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或打到某种目的的新技术。 生物工程包括五大工程：即遗传工程(基因工程)、细胞工程、微生物工程(发酵工程)、酶工程(生化工程)和生物反应器工程。 1.2生物工程研究领域 1)微生物培养 2)动物细胞培养 3)植物细胞培养 4)天然资源 5)生化材料 6)海洋生物培养 1.3生物工程下游技术定义 它是描述回收生物产品分离过程原理和方法的一个术语.是指对于由生物界自然产生的或由微生物菌体发酵的、动植物细胞组织培养的、酶反应等各种生物工业产生过程获得的生物原料，经提取分离、加工并精制目的成分，最终使其成为产品这个过程中所采用的方法和手段的总称． 上游技术（生物工程）；中游技术（发酵/反应器工程）；下游技术（分离纯化）生物工程下游技术的任务：最低的投入获得最高的产出 1.4下游技术发展的历史
1.5下游技术的发展趋势 1)灌注层析 2)高效离子交换剂 3)分离纯化设备 4)多种分离、纯化技术相结合 5)生化分离技术(下游技术)与发酵工艺(上游技术)相结合 6)生化分离技术规模化工程问题的研究 7)清洁生产 ?清洁生产工艺 ?清洁产品 ?清洁能源 1.6下游技术加工过程 1.6.1特点 1)产品的浓度低 2)成分复杂(a大分子;b小分子;c可溶物;d不可溶物;e化学添加物) 3)产物稳定性差(a化学降解(pH,温度);b微生物降解（酶作用，染菌） 4)收率低 5)失活问题 6)生物安全问题 1.6.2原则 1)时间短 2)温度低 3)pH适中（生物物质的稳定性问题） 4)清洁卫生 1.7下游技术方案设计与选择 1.7.1初始阶段: 主要任务在于从相对较大体积的抽提液中除去大量杂质,同时能浓缩样品和保障样品处于稳定的环境中. 侧重点放在速度和处理量上. 采用的技术有沉淀技术、膜过滤技术、离子交换层 析、亲和层析等. 1.7.2中间阶段: 主要任务是进一步除去大量杂质,但这些杂质与目的 物的性质差异相对较小,所以选择分离方法要有较高 的分辨率. 侧重点放在分辨率和处理量上. 采用的技术有离子交换层析、亲和层析、制备级等