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《沉淀分离法》课件

《沉淀分离法》课件

03
分析实验结果的影响因 素，如沉淀剂的种类和 浓度、溶液的pH值、温 度等。
04
比较不同实验条件下的 分离效果，总结沉淀分 离法的优缺点和应用范 围。
沉淀分离法的应用
06
实例
在污水处理中的应用
总结词
沉淀分离法在污水处理中应用广泛，能有效去除污水中的 悬浮物和重金属离子。
详细描述
通过向污水中投加化学药剂，使水中不易溶于水的悬浮物 或重金属离子形成沉淀物，再通过固液分离技术将沉淀物 从水中分离出来，达到净化水质的目的。
5. 倾倒上清液
小心倾倒掉上清液，收集沉淀 物。
6. 洗涤和干燥
对沉淀物进行洗涤和干燥，得 到纯净的目标物质。
7. 结果分析
对实验结果进行分析，计算目 标物质的回收率和纯度。
实验结果与讨论
01
记录实验过程中观察到 的现象，如沉淀物的生 成、颜色的变化等。
02
对实验结果进行定量分 析，计算目标物质的回 收率和纯度。
历史与发展
历史
沉淀分离法最早可追溯到19世纪初 期，随着科学技术的不断发展，沉淀 分离法也在不断改进和完善。
发展
现代沉淀分离法已经发展出了多种分 离技术，如共沉淀、均相沉淀、盐析 等，广泛应用于化学、生物、医学等 领域。
应用领域
化学分析
用于分离和富集痕量元 素或复杂样品中的组分
。
生物制药
用于蛋白质、酶、细胞 等的分离和纯化。
沉淀溶解损失
在洗涤和转移过程中，部 分沉淀可能会溶解，导致 产物的损失。
改进方向
优化沉淀剂的选择
通过选择合适的沉淀剂，可以改善沉 淀的生成和过滤性能。
改进洗涤方法
减少沉淀溶解损失

生物分离工程4沉淀.ppt.Convertor

生物分离工程4沉淀.ppt.Convertor
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：Zn2+、Ca2+ 有机溶剂的选择 V=V0[(S2-S1)/(100-S2)]
V：所需100%浓度的有机溶剂体积 V0 ：需沉淀的原溶液体积 S1 ：原溶液中有机溶剂的浓度 S2 ：要求达到的有机溶剂浓度 缺点 容易引起蛋白质变性失活
后产物 收集方法 (3) 操作简便 蛋白质的溶解特性 蛋白质胶体溶液的稳定性 静电斥力 吸引力 盐析(Salt induced precipitation) 在高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 的溶解度降低，产生沉淀的过程。 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 蛋白质盐析 机理： （1）破坏水化膜， （2）中和电荷 盐析经验式
与多糖上的阴离子形成形成季铵络合物，降低离子强度，络合物析出。 分离核酸用沉析剂 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。 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 选择性热变性 选择性酸碱变性
盐溶 盐析 饱和度 中性盐的盐析效果 盐析过程 当中性盐加入蛋白质分散体系时可能出现以下两种情况： （1）“盐溶”现象—低盐浓度下，蛋白质溶解度增大 （2）“盐析”现象—高盐浓度下，蛋白质溶解度随之下降，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 离子强度对盐析过程的影响 Cohn经验公式

生物分离工程4沉淀法

生物分离工程4沉淀法

第四章沉淀法在分离制备中，沉淀主要用于浓缩目的，或用于除去留在液相或沉淀在固相中的非必要成分。

沉淀：流体中分散悬浮的固体或液体，在重力、离心力、静电力等各种力场内，将粒子互相或自流体分离的作业。

例：澄清(clarification)、稠化(thickening)、类析(classification)、浮选(floatation)、重液分离(heavy liquid separation)、集尘(dust collection)。

其中使用离心力场的特称为离心分离。

一、沉淀的类型沉淀按其物理性质不同，可粗略分成两类：晶形沉淀和无定形沉淀 ( 又称非晶形沉淀或胶状沉淀 ) 。

晶形沉淀如：BaSO4，MgNH4PO4， CaC2O4·2H2O ， PbSO4其颗粒直径约0.1 ～ 1 μ m 。

非晶形沉淀： Fe2O3·nH2O ， ZnS ，Al2O3·nH2O[Al(OH)3] 其颗粒直径一般 <0.02 μ m 。

晶形沉淀：内部排列较规则，结构紧密，整个沉淀所占体积较小，易沉降于容器底部。

无定形沉淀，由许多疏松聚集在一起的微小沉淀颗粒组成，排列杂乱无章，有时又包含大量数目的 H2O ，所以是疏松的絮状沉淀。

介于晶形沉淀与无定形沉淀之间的为凝乳状沉淀，颗粒大小 0.1>d>0.02 μ m ，如 AgCl 。

二、沉淀的形成沉淀的形成一般经过晶核形成和晶核长大两个过程。

将沉淀剂加入试液中，当形成沉淀的离子浓度乘积大于其 KSP ，离子通过静电引力结合成一定数目的离子群，即为晶核。

晶核形成后，构晶离子向晶核表面沉积，晶核就逐渐长大成微粒。

聚集速度 V ：由离子聚集成晶核，再进一步积集成沉淀颗粒的速度。

定向速度 V ′：在聚集的同时，构晶离子又按一定晶格排列，这种定向排列速度。

若聚集速度 V 大，而定向排列速度 V ′小，即离子很快聚集来生成沉淀微粒，却来不及进行晶格排列，则得到的是非晶形沉淀。

生物工程下游技术 第四章 沉淀法

生物工程下游技术 第四章 沉淀法

沉淀的分类
在生物大分子制备中最常用的几种沉淀方法是：
⑴ 中性盐沉淀（盐析法）：多用于各种蛋白质和酶 的分离纯化。 ⑵ 有机溶剂沉淀：多用于蛋白质和酶、多糖、核酸 以及生物小分子的分离纯化。 ⑶ 选择性沉淀（热变性沉淀和酸碱变性沉淀）：多 用于除去某些不耐热的和在一定pH值下易变性的杂 蛋白。
⑷ 等电点沉淀：用于氨基酸、蛋白质及其他两性物 质的沉淀，但此法单独应用较少，多与其他方法结合 使用。 ⑸ 有机聚合物沉淀： 是发展较快的一种新方法， 主要使用PEG聚乙二醇（Polyethyene glycol）作为 沉淀剂。
⑴生物材料的组成极其复杂，常常包含有数百种乃 至几千种化合物。
⑵许多生物大分子在生物材料中的含量极微，分离 纯化的步骤繁多，流程长。
⑶许多生物大分子一旦离开了生物体内的环境时 就极易失活，因此分离过程中如何防止其失活， 就是生物大分子提取制备最困难之处。
⑷生物大分子的制备几乎都是在溶液中进行的， 温度、pH值、离子强度等各种参数对溶液中各 种组成的综合影响，很难准确估计和判断。
I－一离子强度等于 I=1/2∑mizi2;

mi——离子 i的摩尔浓度；

Zi——所带电荷；

β——常数，与盐的种类无关，但与温度、pH和蛋白质种类有 关;
Ks——盐析常数，与温度和PH无关，但与蛋白质和盐的种类有 关。
用盐析法分离蛋白质的二种方法
⑴在一定的 pH值及温度条件下，改变盐的浓度（即 离子强度）达到沉淀的目的，称为“Ｋs”分级盐 析法。
★静电斥力 ★吸引力
蛋白质/胶体颗粒的凝聚和絮凝现象相似
蛋白质粒子在水溶液中是带电的，带电的原因主要 是吸附溶液中的离子或自身基团的电离。因溶液是 电中性的，水中应有等当量的反离子存在。蛋白质 表面的电荷与溶液中反离子的电荷构成双电层。

生物分离工程第四章沉淀分离法

生物分离工程第四章沉淀分离法
3. 分类 – 与羧基、胺及杂环等含氮化合物结合；如Mn2+、Fe2 + 、Zn2 + 、 Cu2 +等 – 与羧基结合，不与胺及杂环等含氮化合物结合；如Ca2 + 、Ba2 + 、 Mg2 + 、Pb2 +等 – 与巯基结合；如Hg + 、Ag + 、Pb2 +等
3、特点
• 沉淀效果很好； • 选择性好 • 容易使生物分子变性 • 复合物难分解
• 丙酮（浓度40-50%） ：沉析作用更强，用量省，但毒 性大，应用范围不广；
• 特点：
– 介电常数小， 60%乙醇的介电常数是48
– 容易获取
40-50%丙酮的介电常数是22
4.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（有机溶剂易祛除）； • 容易使蛋白质等生物大分子变性失活； • 应注意在低温下操作； • 成本高
沉淀法分离蛋白质的特点有：
1 在生产的前期就可使原料液体积很快地减小10～50 倍，,从而简化生产工艺、降低生产费用；
2 使中间产物保持在一个中性温和的环境；
3 可及早地将目标蛋白从其与蛋白水解酶混合的溶液中 分离出来、避免蛋白质的降解，提高产物稳定性；
4 用蛋白质沉淀法作为色谱分离的前处理技术，可使色 谱分离使用的限制因素降到最低。
（七）选择性变性沉淀法
• 选择一定的条件使溶液中存在的某些杂质蛋白 变性沉淀下来，而与目的物分开，这种分离方 法就称为选择性变性沉淀法
• 在操作之前要对欲分离的物质中的杂蛋白等杂 质的种类、含量及其物理化学性质等有比较全 面的了解。
使用时需慎重！！！！
选择性变性的方法
• 选择性热变性：对于α-淀粉酶等热稳定性好 的酶，可以通过加热进行热处理，使大多数杂 蛋白受热变性沉淀而被除去。

《分离工程第四章》PPT课件

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水接触，非极性基团在内，形成一个非极性的核心、在 此核心可以溶解非极性物质。假设将外表活性剂溶于非 极性的有机溶剂中，并使其浓度超过临界胶束浓度 (CMC)，便会在有机溶剂内形成聚集体，这种聚集体称 为反胶束，其构造示意见图b。在反胶束中，外表活性 剂的非极性基团在外与非极性的有机溶剂接触，而极性 基团那么排列在内形成一个极性核(po1ar core)。此极 性核具有溶解极性物质的能力，极性核溶解水后，就形 成了“水池〞(water pool)。当含有此种反胶束的有机 溶剂与蛋白质的水溶液接触后，蛋白质及其他亲水物质 能够通过螯合作用进入此“水池〞。由于周围水层和极 性基团的保护，保持了蛋白质的天然构型，不会造成失 活。蛋白质的溶解过程和溶解后的情况示意于图中。
因为许多实验数据均间接地证明了水壳模型的正确性。 例如：(1)反胶团内酶的构造和活性与W0值密切相关， 说明酶对其周围存在的水层非常敏感；(2)反胶团内酶 反响动力学行为与在正常的水相中相似，活性与pH的 关系同样表现为钟状曲线。
a
b
c
d
反胶团的溶解作用
10.2 反胶束萃取蛋白质的根本原理
10.2.1 三元相图及萃取蛋白质
在反胶束萃取蛋白质的研究中，用得最多的是阴离子外表活性 剂AOT(AerosolOT)，其化学名为丁二酸－2－乙基己基磺酸钠， 构造式见图
这种外表活性剂容易获得，其特点是具有双链，极性 基团较小、形成反胶束时不需加助外表活性剂，并且 所形成的反胶束较大，半径为170nm，有利于大分子 蛋白质进入。常使用的阳离子外表活性剂名称和构造 如下： (1)CTAB(cetyl-methyl-ammonium bromide)溴 化十六烷基三甲胺/十六烷基三甲基胺溴
10.2.3 反胶束萃取蛋白质的动力学 萃取过程中，蛋白质在互不相溶的两相间的传递可分为 三步：蛋白质从水溶液主体扩散到界面；在界面形成包 容蛋白质的反胶束；含有蛋白质的反胶束在有机相中扩 散离开界面。反萃取过程那么相反，含有蛋白质的反胶 束从有机相主体扩散到界面；包容蛋白质的反胶束在界 面崩裂；蛋白质从界面扩散到水溶液主体。蛋白质进入 或离开反胶束相的传递通量可用下式计算：

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第10页
(1)盐析
概念：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溶解度减少，产生沉淀过 程。 盐析是可逆，而变性是不可逆
第11页
盐析法机理
（1）破坏水化膜，分子间易碰撞汇集。 （2）中和电荷，减少静电斥力。
第12页
第13页
盐析过程
（1）“盐溶”—低盐浓度下，蛋白质溶解度增大 （2）“盐析”现象—高盐浓度下，蛋白质溶解度下降
①热运动； ②对流运动； ③差示沉降。
第5页
长处：操作简朴、经济、浓缩倍数高 缺点：分离度不高、选择性不强，产品质
量较差。
第6页
二. 蛋白质溶解特性
n 部分疏水性氨基酸残基暴露在外表面，形成 疏水区。
n 亲水性氨基酸残基基本分布在外表面。 n 蛋白质表面由不均匀分布荷电基团形成荷电
区、亲水区和疏水区构成。
lgβS ７ ６ ５
OA-卵清蛋白
COHb-碳氧血红蛋白 OA
４
３
COHb
3 4 5 6 7 ８PH
以磷酸盐沉淀COHb和以硫酸铵 沉淀OA时，β随 pH的变化
在等电点时蛋白质溶 解度最小
两种蛋白质相对溶 解度随pH而改变很大
第20页
盐析注意事项
选择适宜饱和度 采用分步盐析 盐析成败决定于溶液pH值与离子强度，稳定pH用
0.2
123456 78 pH 对大豆蛋白质 溶解度的影响
第24页
等电点沉淀法注意事项
适合用于憎水性较强蛋白质； 往往不能取得高回收率； 在调整等电点时，预防酶失活或蛋白变性。
第25页
(3)有机溶剂沉淀法
概念：在含有溶质水溶液中加入一定量亲水有机 溶剂，减少溶质溶解度，使其沉淀析出。
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沉淀分离的目的：
（1）通过沉淀使目标成分浓缩和去除杂质； （2）通过沉淀将已经纯化的产物由液态变为固态，便于 保存和进一步加工。
沉淀法用于分离纯化应该是是有选择性的，即有选择地沉 淀杂质或有选择地沉淀所需成分。
沉淀法操作步骤
• 在经过滤或离心后的样品中加入沉析剂； • 沉淀物的陈化，促进晶体生长； • 离心或过滤，收集沉淀物；
沉淀法的优点：
设备简单、成本低、原材料易得、便于小批量生产，在 产物浓度愈高的溶液中沉淀越有利，收率越高；
沉淀法的缺点：
所得沉淀物可能聚集有多种物质，或含有大量的盐类， 或包裹着溶剂，所以沉淀法所得的产品纯度通常都比结晶法 低，过滤也较困难。 应用沉淀技术分离生化产物的典型例 子是蛋白质(酶)的分离提取，无论是实验室规模还是工业生 产，沉淀法都得到了普遍应用,工业上利用蛋白质溶解度之 间的差异从天然原料如血浆、微生物抽提液、植物浸出液和 基因重组菌中分离蛋白质混合物已有50多年的历史了。
（Ks盐析：固定pH ，温度，改变盐浓度） 2.在一定的离子强度下，改变溶液的pH值及温度，
达到沉淀的目的，称为“β”分级盐折法。 （ β盐析：固定离子浓度，改变pH ，温度）
由于蛋白质对离子强度的变化非常敏感，易产生共 沉淀现象，因此常用于提取液的前处理。一般粗 提蛋白时常用第1种方法，进一步分离纯化时常用 第2种方法。
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；
离子强度对盐析过程的影响
• 盐析沉淀平衡式（Cohn经验公式）
loSgKsI
β，Ks—常数
• S—蛋白质溶解度，mol/L;
• I—离子强度 c:离子浓度；Z：离子化合价
I 1
2
ciZi2
β和Ks的物理意义
• β—截距常数,与盐的种类无关，但与蛋白
质的种类、温度和pH值有关。(β= log S0)
• Ks—盐析常数，与温度、pH值无关，与蛋
白质和无机盐的种类有关。
经验方程的图示
盐析法分为两种类型
1. 在一定的pH值及温度条件下，改变盐的浓度(即离 子强度)达到沉淀的目的，称为“Ks” 分级盐析法。
➢ 而有些发酵液，使用助滤剂有利于过滤分离，而还有 一些发酵液则不行。
问题
固液分离：第一选择为过滤， 过滤技术难处理的发酵液如何处理？
第二选择离心分离。
离心法与过滤法的比较
比较 项目 离心法
过滤法
浓缩物
悬浮液或 浆体 滤饼
设备
需 专用设备
不需 专用设备
经济 适用性 成本高
成本低
处理量 小
应用 范围
4、盐析剂的选择
1) 盐析剂的条件
➢ 盐析作用要强：
盐析能力— 阴离子＞阳离子；高价阴离子＞低价阴离子
➢ 有较大的溶解度，且溶解度受温度的影响尽可能小。
➢ 盐析用盐必须是惰性的，不致影响蛋白质等生物分子的活性，最好不要引 入不易分离的杂质。
沉淀法分离蛋白质的特点有：
1 在生产的前期就可使原料液体积很快地减小10～50 倍，,从而简化生产工艺、降低生产费用；
2 使中间产物保持在一个中性温和的环境；
3 可及早地将目标蛋白从其与蛋白水解酶混合的溶液中 分离出来、避免蛋白质的降解，提高产物稳定性；
4 用蛋白质沉淀法作为色谱分离的前处理技术，可使色 谱分离使用的限制因素降到最低。
蛋白质溶液的稳定性
➢电荷稳定性： 两性电解质，由于静电斥力的作用，分子间 相互排斥，形成稳定的分散系
➢空间稳定性： 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，形成稳定的胶体溶液。
可以通过降低蛋白质周围的水电层和双电层厚 度降低蛋白质的稳定性而使蛋白质沉淀。
盐析示意图
破坏水化层 中和电荷
二、沉淀分离法
（一）概述
1. 定义——利用某种沉淀剂使目标产物或杂质的溶解度降低而
形成无定形固体沉淀的过程 与结晶联系
在本质上都是新相析出的过程，主要是物理变化，当然也存在 化学反应的沉淀或结晶。
区别 结晶为同类分子或离子以有规则排列形式析出，沉淀为同类分子 或离子以无规排列形式析出。
2、类型
1) 盐析沉淀法 2) 有机溶剂沉淀法 3) 等电点沉淀法 4) 高分子聚合物沉淀法 5) 金属离子沉淀法
3.盐析过程
当中性盐加入蛋白质分散体系时可能出现以下两种 情况：
（1）“盐溶”现象—低盐浓度下，蛋白质溶解度 增大
（2）“盐析”现象—高盐浓度下，蛋白质溶解度 随之下降，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；
Байду номын сангаас
（二）盐析沉淀法
1. 定义——在高浓度中性盐存在下，使目标产物的
溶解度降低而产生沉淀的过程
2.盐析原理
首先需要了解蛋白质的特性：
是高分子两性电解质，主要由 疏水性不同的氨基酸组成，蛋 白质表面由不均匀分布的荷电 基团形成荷电区、亲水区和疏 水区构成。大部分蛋白质溶于 水，是以亲水胶体的形式或大 分子溶液存在的。
第四章 离心和沉淀分离法
大部分工业生物分离的第一步往往是将不溶物质从发 酵液中除去。这些不溶性固体的浓度和颗粒大小的变 化范围很宽。
➢ 浓度可高达每单位体积含60%的不溶性固体，又可低 至每单位体积仅含0.1%。
➢ 粒径的变化可以从直径约为1um的微生物，到直径为 1mm的不溶性物质。
对于这些浓度较小，粒径较大，硬度较强的不溶物， 我们可以采用过滤方法分离。
实验室范围
大
实验室
工业范围
离心力：
离心分离原理
Stock’s Force(粘滞吃力)：
离心沉降速度：
分离因子定义Fr：离心力/重力加速度(g)的比值
意义：衡量离心设备的离心程度的重要技术参数，用于离心 机的分类
离心技术分类
按分离因子Fr分类 1)、常速离心机Fr < 3,000g 三足沉降式: 500-1000g 螺旋卸料式：1200-3000g 2)、中速离心机，Fr = 3,000 — 5,000g 多室离心机：2000-8000g 碟片式离心机：3000-10000g 3)、高速离心机，Fr = 5,000 — 20,000g 多室离心机：2000-8000g 碟片式离心机：3000-10000g 管式离心机：>8000-15000g 4)、超速离心机，Fr = 20,000 — 1,000,000g