亲和萃取、沉淀和分离技术

稀土元素的分离与提纯技术研究一、引言稀土元素具有重要的工业和科技价值，广泛应用于军事、航空、电子、能源、化工等领域，其中以永磁材料的制造是稀土元素最为重要的应用之一。

目前世界上稀土元素主要生产国是中国，但由于管理不当及出口限制，全球市场对稀土元素的需求依赖于中国。

稀土元素的分离与提纯技术研究，是相关产业的基础研究之一。

本文将探讨稀土元素的分离提纯技术，包括传统的化学分离技术和现代的高效分离技术。

二、传统的化学分离技术传统的化学分离技术主要包括溶剂萃取、离子交换层析和沉淀等方法。

1.溶剂萃取法溶剂萃取法是基于稀土元素在有机物中的分配系数差异，通过反复萃取和分离来实现稀土元素的分离提纯。

其中，有机萃取剂通常是磷酸盐或卡宾，常用的有二异丁基磷酸、三丁基磷酸和酸化单丙酰甘氨酸等物质。

溶剂萃取法具有工艺简单、操作容易、操作成本低等优点。

但是由于稀土元素的纯度和分离因子高，直接使用溶剂萃取技术难以达到所需的目标。

因此，通常会与其他分离技术结合使用。

2.离子交换层析法离子交换层析法是利用某些具有化学亲和性的材料作为滴定剂来分离稀土元素。

离子交换材料通常是带正电荷或带阴电荷的树脂，稀土元素则以氧化物的形式被吸附到树脂上。

离子交换层析法具有选择性好、可重复使用、工艺控制简单等优点。

但是其效率较低，分离程度难以达到优质稀土元素的标准。

3.沉淀法沉淀法是将稀土元素化合物通过加入其它物质而使之析出的分离技术。

常用的沉淀剂有碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钙等。

沉淀法的优点是工艺简单、操作容易、反应速度快等。

但是其分离效率较低，容易受到杂质的干扰，稀土元素的失配是其主要缺点。

三、现代高效分离技术随着科学技术的不断发展，出现了一些新型的高效分离技术，这些分离技术能够提高稀土元素的纯度和分离因子，为稀土元素产业的发展提供了新的思路和途径。

1.离子交换膜技术离子交换膜技术是利用离子交换膜将氧离子与金属离子互相竞争吸附分离出稀土元素的一种高效技术。

第二章发酵液的预处理和固液分离的方法一、名词1、凝聚：凝聚作用就是向胶体悬浮液中加入某种电解质，在电解质中异电离子作用下，胶粒的双电层电位降低，使胶体体系不稳定，胶体粒子间因相互碰撞而产生凝集（1mm左右）的现象。

2、絮凝：是指在某些高分子絮凝剂存在下，基于桥架作用，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，产生桥架联接时，形成粗大的絮凝团（10mm）的过程。

絮凝是一种以物理的集合为主的过程。

3、混凝：对于非离子型和阴离子型高分子絮凝剂通常会与无机电解质凝聚剂搭配使用。

在发酵液中首先加入无机电解质凝聚剂，使得悬浮粒子间的相互排斥能降低，脱稳而凝聚成微粒，然后再加入絮凝剂，通过分子间引力和氢键作用产生吸附架桥形成絮凝团的过程。

这种包括凝聚和絮凝机理的过程称为混凝。

4、亲和絮凝：利用絮凝剂和细胞膜表面某种组分间具有的专一性亲和连接作用而产生吸附架桥。

如硼酸盐（四硼酸纳）可与多羟基的糖类化合物（甘露糖醇、山梨糖醇）发生专一性亲和连接作用而产生吸附架桥。

5、凝聚价：电解质的凝聚能力可用凝聚价或凝聚值来表示，使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度（毫摩尔／升）6、过滤：过滤是借助过滤介质，将悬浮在发酵液中的固体颗粒与液体进行分离的过程。

7、质量比阻：衡量过滤特性的主要指标是滤饼的质量比阻（r B），表示单位滤饼厚度的阻力系数，与滤饼结构特性有关。

8、离心技术：离心技术是借助离心机旋转所产生的离心力，对具有不同沉降系数或浮力密度的物质进行分离、浓缩和提纯的一项技术；其目的是达到固-液或液-液的分离。

9、分离因子（Z）：离心力/重力加速度(g)的比值，也称为相对离心力(RCF)。

衡量离心程度的一个参数,用于离心机的分类。

10、沉降系数：指单位离心力作用下颗粒沉降的速度。

一般用斯维德贝格单位(Svedbergs) S 表示，1S =10−13s。

11、壁效应：由于溶剂在层析容器周壁附近流动不均匀造成分离区带在边缘部分扩散和弯曲的现象。

现代生物分离技术生物分离技术是生物学领域中的一项重要科研技术，主要利用生物体中分子间所存在的电性、磁性、电荷、大小、形状等特性，从而通过各种不同的分离技术来获得所需的分子。

现代生物分离技术可以分为物理分离技术和化学分离技术两大类，其中物理分离技术包括了色谱分离、电泳分离、离心分离、过滤分离等各种技术，而化学分离则主要是利用化学反应或结构差异来实现生物分子的分离。

本文将对现代常用的生物分离技术进行详细说明，讨论其原理、特点及应用。

一、色谱分离技术色谱分离技术是基于质量、分子量、分子大小、溶解性、极性或疏水性等特性，将混合物中的物质从复杂的混合物中分离出来的一种分离技术。

色谱分离技术是现代分离技术中应用最广泛的一种技术，其主要原理是利用各种固定相（如气相、液相、固体等）与流动相（如气体、液体、超临界流体等）之间的相互作用来实现生物物质的分离。

主要包括了气相色谱、液相色谱、离子交换色谱、凝胶层析、亲和层析等。

色谱分离技术广泛应用于复杂的生物分子的分离和纯化，如对蛋白质、多肽、核酸等生物大分子的分离和纯化。

二、电泳分离技术电泳分离技术是利用电场作用力将荷电粒子（如DNA、蛋白质等）从混合物中分离出来的一种分离技术。

其原理是将混合物置于电场中，根据电荷的性质，荷电粒子在电场中产生运动，并在电极上沉淀。

电泳分离技术广泛应用于DNA、RNA、蛋白质等生物分子的分离和定量。

三、离心分离技术离心分离技术是根据生物分子的密度、大小、形状等物理特性将生物分子从混合物中分离出来的一种分离技术。

其主要原理是利用高速旋转的离心机作用，将混合液中的生物分子产生沉降差异，最终通过离心分离技术将生物分子分离出来。

离心分离技术广泛应用于细胞分离、蛋白质纯化、细胞器组分分离、病毒富集等方面。

四、过滤分离技术过滤分离技术是利用精密的过滤器或膜将混合物中的生物分子分离出来的一种分离技术。

其原理是利用过滤膜的孔径选择性来实现分离，对于小的分子可以通过膜的小孔径，而大分子由于尺寸过大而不能穿过膜孔。

生物分离工程：，从生物产品的生产技术来看：指生物产品的下游加工过程（Down stream processing）。

从生物工程的新技术看，主要指工程菌和动植物细胞产品的分离与纯化。

从研究对象看，主要指生物大分子产品的分离与纯化。

包涵体(inclusion body)：外源蛋白质在大肠杆菌中高效表达时常形成不可溶、无生物活性的聚集体。

初级分离是指从发酵液、细胞培养液、胞内抽提液（细胞破碎液）及其他各种生物原料初步提取目标产物，使目标产物得到浓缩和初步分离的下游加工过程。

胶体是一种尺寸在1～100 nm以至1000 nm的分散体。

它既非大块固体，又不是分子分散的液体，而是具有两相的微不均匀分散体系。

沉淀定义：物理环境的变化引起溶质溶解度降低，生成固体凝聚物（aggregrates)的现象盐析：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。

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法泡沫分离：根据表面吸附的原理，利用通气鼓泡在液相中形成的气泡为载体对液相中的溶质和颗粒进行分离，又称泡沫吸附分离，泡沫分级或鼓泡分级。

在一种流体相间内或者两种流体相间，有一层薄的凝聚相物质，其把流体相分隔开来成为两部分，并在两部分之间进行传质作用，这一薄层物质称为膜。

膜分离技术利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同而实现分离的一种技术。

微滤（ Microfiltration ，MF）：以多孔细小薄膜为过滤介质，压力差为推动力，使不溶性物质得以分离的操作，孔径分布范围在0.025~14μm之间；超滤（ Ultrafiltration ，UF）：分离介质同上，但孔径更小，为0.001~0.02 μm，分离推动力仍为压力差，适合于分离酶、蛋白质等生物大分子物质；反渗透（Reverse osmosis， RO）：是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作，孔径范围在0.0001~0.001 μm之间；（由于分离的溶剂分子往往很小，不能忽略渗透压的作用，故而成为反渗透）；纳滤（Nanofiltration，NF ）：以压力差为推动力，从溶液中分离300~1000小分子量的膜分离过程，孔径分布在平均2nm； 电渗析(Electrodialysis，ED)：以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，从溶液中脱除或富集电解质的膜分离操作；超滤：根据高分子溶质之间或高分子与小分子溶质之间分子量的差别进行分离的方法。

分离纯化方法分离纯化方法是化学和生物学实验中非常重要的步骤，它可以帮助我们从混合物中提取出所需的物质，并使其纯度达到要求。

在实验室中，我们常常需要用到各种不同的分离纯化方法，下面将介绍几种常见的方法及其原理。

一、过滤法。

过滤法是一种常见且简单的分离纯化方法，通过不同孔径的滤膜或滤纸，可以将混合物中的固体颗粒或大分子物质分离出来。

这种方法适用于颗粒较大的混合物，操作简便，但不能用于分离溶液中的溶质。

二、结晶法。

结晶法是将溶液中的溶质通过结晶的方式分离出来，其原理是在适当的条件下，使溶质在溶剂中结晶沉淀出来，再通过过滤或离心等方法将其分离出来。

结晶法适用于固体溶解于液体中的情况，可以得到较高纯度的物质。

三、萃取法。

萃取法是利用两种不相溶的溶剂对混合物进行萃取，通过两种溶剂对不同成分的亲和力不同的特点，将混合物中的不同成分分离出来。

这种方法适用于有机物的提取和分离，可以得到较高纯度的溶质。

四、色谱法。

色谱法是一种高效的分离纯化方法，通过在固定相上的移动相的作用下，将混合物中的成分分离出来。

色谱法可以根据不同成分的在固定相上的吸附性能不同来实现分离，适用于各种化合物的分离和纯化。

五、电泳法。

电泳法是利用物质在电场中的迁移速度不同来实现分离的方法，适用于分离带有电荷的生物大分子，如蛋白质、核酸等。

电泳法可以根据物质的大小和电荷来实现不同成分的分离，是生物学实验中常用的分离纯化方法之一。

六、超滤法。

超滤法是利用超滤膜对混合物进行分离的方法，适用于分离分子量较大的溶质。

通过超滤膜的筛选作用，可以将溶质分离出来，得到较高纯度的物质。

以上介绍了几种常见的分离纯化方法及其原理，每种方法都有其适用的范围和特点，实验中需要根据具体情况选择合适的方法进行操作。

在实验过程中，还需要注意对操作条件的控制，以确保分离纯化的效果和纯度达到要求。

希望以上内容对大家有所帮助，谢谢阅读！。

现代生化产品分离技术的分类及应用举例现代生化产品分离技术的类型及其应用举例摘要：随着生物技术的不断发展，人们注意到了下游拆分技术对发展现代生物技术及其产业化的重要性，拆分技术的滞后可以轻微制约生物技术的发展。

国内外纷纷强化对生物拆分技术的研究力量，加设研究机构和加强资金投入，一些公司和生产企业也在生物拆分技术领域进行竞争。

生化拆分技术就是生物技术产品产业化的必经之路，同意了生物技术的发展。

同意了产品的质量的好坏，成本的多寡，竞争力的大小。

其种类多样，技术日趋明朗化。

在生产和生活中获得广泛应用。

关键词：生化产品、分离技术、细胞破碎技术、沉淀分离技术、层析拆分技术、电泳分离技术、离心分离技术、膜分离技术、正文：对于由自然界天然分解成的或由人工经微生物菌体蒸煮、动植物细胞培养及酶反应等各种生物工业生产过程赢得的生物原料，经拆分、提纯并精制其中目的成分，并最终并使其沦为产品的技术称作生化拆分技术，现在的生物拆分工程技术已广为应用于医药、蒸煮、食品、轻工等领域的产品拆分及提纯。

另外，环境工程中污水的净化与有效成分的废旧，也常用生物拆分技术。

一、现代生化产品分离技术的类型1、传统拆分技术的提升和健全蒸馏、蒸发、过滤、离心、结晶和离子交换等传统技术由于应用面广且相对明朗，对它们的提升和健全将可以促进小范围的技术进步。

比如，80年代酒精差压（多效）酿造技术工业应用领域的顺利，大幅度降低了成品酒精的能耗，为进一步提高酒精质量奠定了技术基础；融合蒸气喷气热泵的四效甚至七效冷却技术大幅度节能环保并为废水处理技术作出了贡献，也推动了计算机控制技术和生物工业的融合；各种新型高效率的过滤器机械和Vergt机械的问世，也从一个侧面促进生物工业向更大规模方向发展。

结晶理论和色谱法技术的新进展，提升了产品的收率、质量和生产效率。

可见，适合于大规模工业化生产的传统技术经过改造提高后，适应面会更宽，效率会更高，仍然显示出强劲的生命力。

生物分离技术的发展动态摘要:生物大分子包括多肽、酶、蛋白质、核酸( DNA 和RNA) 以及多糖等。

生物大分子分离技术是生命科学研究中的关键技术之一。

当前,各学科之间的交叉渗透为生物大分子分离技术的发展提供了更多的契机。

对以沉淀、透析、超滤和溶剂萃取为代表的传统分离技术, 以及色谱电泳等现代分离技术的发展概况、原理、特点及应用进行了综述，分析了生物分离过程现状和发展动态，着重介绍生物分离过程的研究新趋势——高效集成化，并且列举了亲和双水相分配技术, 亲和膜分离技术以及扩张床吸附技术等集成化技术及其在生物分离过程中的应用。

关键词：生物分离发展动态传统分离方法：常用的传统生物大分子分离方法有沉淀、透析、超滤和溶剂萃取等。

它们都是一些较早就建立起来的分离方法, 至今仍然被广泛应用。

如在蛋白质领域, 应用盐析法使蛋白质沉淀出来已有80 多年的历史。

其突出的优点是成本低, 不需要特别昂贵的设备；操作简单、安全；对许多生物活性物质具有稳定作用[2]。

该法虽然分辨能力不高，但在粗级分离中仍然被经常采用。

有机溶剂沉淀法也是较早使用的沉淀方法之一。

有机溶剂对于许多蛋白质、核酸、多糖和小分子生化物质都能产生沉淀作用。

其引起沉淀的主要原因在于改变介质的介电常数，以及类似盐析的争夺水化水现象[3]。

等电点沉淀法利用具有不同等电点的两性电解质，在达到电中性时溶解度最低，易发生沉淀，从而实现分离的方法。

氨基酸、蛋白质、酶和核酸都是两性电解质, 可以利用此法进行初步的沉淀分离，此法主要用于在分离纯化流程中去除杂蛋白[2]，而不用于沉淀目的物。

非离子型多聚物是20 世纪60 年代发展起来的一类重要的沉淀剂, 它们具有很强的亲水性和较大的溶解度, 在溶液中可通过空间位置排斥作用使生物大分子、病毒和细菌等聚集沉淀[1]。

该法温和的操作条件和较高的沉淀效能, 使得其经常被用于细菌、病毒、核酸和蛋白质的分离, 其中应用最多的多聚物是聚乙二醇[4,5]。

9.3亲和萃取利用聚乙二醇/葡聚糖或聚乙二醇/无机盐等泷水相系统分离蛋白质等大生物分子，特别是胞内酶的双水相萃取。

利用偶联亲和配基的PEG为成相聚合物进行目标产物的双水相萃取，可在亲和配基的亲和结合作用下促进目标产物在PEG 相的分配，提高目标产物的分配系数和选择性。

这就是亲和萃取，又称为亲和分配。

设目标分子有n个亲和结合部位，即每个目标分子最多可结合n个亲和配基，每个结合部位彼此独立且配基的结合常数相等，则目标分子的亲和分配系数为：式中，下标T和B——分别表示上相和下相；ma和mo——分别为存在亲和配基和不存在亲和配基是目标分子的分配系数；ml——配基的分配系数;cl——配基浓度；kd——下述配基与目标分子反应的解离常数。

式中，E——表示目标分子；L——表示配基；ELn——表示一个目标分子与n个配基形成的复合体；c——游离目标分子浓度；Clo——游离配基浓度。

从式（9-1）可知，上相配基浓度越高，ma越大。

通过提高配基浓度所能获得的最大分配系数为图9-8为利用不同三嗪色素和NADH为配基是富马酸脱氢酶的分配系数与配基浓度之间的关系。

利用是（8-1）与实验数据拟合确定各参数值列于表9-7.采用分配系数高且解离常数小的配基在较低的配基浓度下即可达到较好的亲和分配效果。

图9-12为乳酸脱氢酶异构体的亲和分配行为。

由于不同异构体酶的亲和分配系数不同，可通过调节配基浓度进行目标产物的选择性分离，提高产品的纯度和收率。

9.3.1亲和及萃取与其他亲和纯化技术一样，亲和分配纯化过程也可经过一下三步操作：即亲和分配、杂蛋白质反萃取和目标产物反萃取。

图9-13为利用PEG-色素/aquaphasePPT系统从猪肌组织中连续萃取LDH的流程。

猪肌组织直接在成相系统中匀浆，固形物分配在下相，而目标产物分配在上相。

用离心分离机分相后，上相用纯下相溶液反萃取一次，进入第二个分离机。

从第二个分离机流出的上相与磷酸钠溶液混合，形成PEG/磷酸钠双水相系统。

顺序：生物分离工程概论——生物产品分析方法——细胞裂解与絮凝——过滤——沉降与离心——萃取——蒸发——液相色谱与吸附——沉淀——电泳——结晶——干燥——生物过程设计与经济性——生物物质的内在性质——整合生产与分离——质量传递——分离技术分析一、概论：基于氨基酸侧链性质选择纯化方法–表面富含酸性或碱性氨基酸的蛋白质可以选择吸附或电泳分离–许多含脂肪侧链氨基酸易于吸附或萃取到非极性分离介质中–半胱氨酸的硫氢基易于被固定化的金属汞结合分离–组氨酸与某些金属形成复合物，可用于吸附方法纯化的设计●初级代谢产物、培养基中磷水平与细胞能量这三者是次级代谢合成途径的重要调节因素蛋白质发生变化的分析方法①凝胶电泳：分子量变化，聚集，寡聚，解离②等电聚焦：脱酰氨基作用（酸基电离，电荷变化）③HPLC：纯度和结构蛋白质变性：温度——大多数蛋白开始变性的温度45~50℃，折叠结构和氢键被破环，二硫键仍然存在pH——pH会引起蛋白质变性，活性位点改变，甚至完全水解成氨基酸。

引起蛋白质聚集用于分离目的物质之性质：热稳定性；溶解度；扩散性、电荷、等电点pH、反应速率常数；分离热力学下游加工的四个阶段：除去或回收固体；分离产物；纯化；精制每个阶段包含一个或几个单元操作，单元操作是指一个分离过程以及相关的设备。

●单元操作按功能分类–液-固分离（脱水，浓缩，颗粒回收)–溶质-溶质分离（分离，纯化）–溶质-液分离（精制）●工程分析的基本原则：反应平衡、物料衡算、传递过程通量=传递系数*驱动力通量：单位时间单位面积的流量纯度：生物产品的量/生物产品的量+杂质的量比活：生物活性单位/生物产品的量得率=回收生物产品的量/进料中生物产品的量过程开发的准则：产物纯度；与得率相关的生产成本；可扩展性；实施的可重复性和可行性；对过程变化的可承受性二、生物产品的分析方法表征分析方法的有效性：精度、准确性、专一性、线性、幅度、鲁棒性精度：对分析可重复的测量准确性：测量值与真值的接近程度专一性：区别待分析物和其相似物的能力线性：产生和浓度成比例的响应幅度：样品的性质范围（温度，pH)，可接受的样品属性鲁棒性：可接受的操作条件生物产品的分析包括：生物活性分析、纯度分析、微生物分析生物活性分析包括：动物模型分析；细胞体系生物分析；体外生物化学分析等细胞体系生物分析的两类：细胞结合受体体系；细胞培养分析纯度分析方法：（电泳分析、高效液相色谱法HPLC、质谱、液质联用、紫外吸收、CHNO元素分析/AAA氨基酸分析、蛋白质分析、酶联免疫吸附测定ELISAs、气相色谱、干重）纯度分析的最强力的两种方法：电泳和色谱纯度分析能反映：一个产物化学反应的程度，副产物形成，纯化过程的效率，下游加工带来的杂质可能性电泳：在电场作用下，分子或微粒在静态流体中的运动。