生物分离工程第四章-沉淀分离法
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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。
第一章绪论1.生物分离的一般步骤①不溶物的去除(固液分离)——预处理包括过滤、离心、细胞破碎等,产物浓度和质量得到了提高。
②产物提取(浓缩)产物初步纯化的过程。
将目标产物与性质差异较大的杂质分开,可大幅提高产物浓度。
往往多单元协同操作,如吸附、萃取、沉淀、超滤等。
以上分离过程不具备特异性,只是进行初分,除去主要杂质。
③产品的纯化产物被高度纯化,除去与目标物性质接近的杂质。
采用的技术具有产物的高选择性和杂质的去除性,即可以除去微量的杂质。
如色谱、电泳、层析等。
④产品精制将纯化的产品按要求制成商用成品。
按商品要求的用途、纯度、剂型等进行最后加工。
如结晶、喷雾干燥、冷冻干燥等。
2.生物分离的基本原理是指根据混合物(包括原子、离子、分子、分子复合物、分子聚合体、和细胞、细胞碎片和颗粒等)中各种溶质间具有物理、化学和生物学性质的差别,利用能够识别这些差别的分离介质和能够扩大这些差别的分离设备,实现各种物质的分离,或使被分离的目的产物得以纯化。
㈠物理学性质①力学性质溶质的密度、尺寸、大小和形状。
利用这些力学性质的不同可进行颗粒(如细胞)的重力沉降,分子或颗粒的离心分离和膜分离。
②热力学性质溶质的溶解度(液相固相平衡)、挥发度(气液相平衡)、表面活性剂及在相间的分配平衡行为的差异等性质,可进行蒸馏、蒸发、吸收、萃取、结晶、沉淀、泡沫分离、吸附和离子交换分离等。
③传质性质粘度、分子扩散系数和热扩散现象等,利用传质速度的差异也可进行分离,如透析。
④电磁性质溶质的荷电特性,如电荷分布、电离度、等电点和磁性等可采用电泳、电色谱、电渗析、离子交换、磁性分离等方法进行分离。
㈡化学性质①化学热力学性质(化学平衡常数)②反应动力学(反应速率)③化学解离特性(激光激发作用极化、离子化)㈢生物学性质①生物分子识别:生物亲和作用;②生物输送性质:生物膜输送;③生物反应、控制:酶反应、免疫系统。
3.分离效率的评价标准目标物浓缩程度→浓缩率分离纯化程度→分离因子回收效率→收率第二章发酵液预处理和固液分离1.预处理的目的:促进从悬浮液中分离固形物的速度,提高固液分离的效率:(1)改变发酵液的物理性质,包括增大悬浮液中固体粒子的尺寸,降低液体黏度。
第一章1.生物分离工程的一般过程P4答:①发酵液的预处理主要采用凝聚和絮凝等技术来加速固相,液相分离,提高过滤速度。
过滤、离心是其最基本的单元操作。
②产物的提取采用沉淀、吸附、萃取、超滤等单元操作。
③产物的精制常采用色谱分离技术,有层析、离子交换、亲和色谱、吸附色谱、电色谱。
④成品的加工处理浓缩、结晶、干燥第二章一、概念:1.发酵液的预处理:指采用凝聚和絮凝等技术来加速固相、液相分离,提高过滤速度。
2.凝集(凝聚):指在投加的化学物质(如水解的凝聚剂,铝、铁的盐类或石灰等)作用下,发酵液中的胶体脱稳并使粒子相互凝集成为1mm大小块状絮凝体的过程。
3.絮凝:指某些高分子絮凝剂能在悬浮粒子之间产生桥梁作用,使胶粒形成粗大絮凝团的过程。
4.离心分离:指在离心场的作用下,将悬浮液中的固相和液相加以分离的方法。
主要用于颗粒较细的悬浮液和乳浊液的分离。
(分为差示离心、均匀介质离心、密度梯度离心、等密度梯度离心和平衡等密度离心。
)5.等电点沉淀法:利用蛋白质等两性化合物在等电点时溶解度最低,易产生沉淀的性质,用酸化剂或碱化剂调节发酵液的pH,使其达到菌体蛋白的等电点而产生沉淀。
二、填空:1、按过滤时料液流动方向的不同,分为常规过滤和错流过滤。
2、可溶性杂蛋白的去除法包括:等电点沉淀法、热处理法、化学变性沉淀法和吸附法三、问答1、发酵液的一般特征?①组成大部分为水;②发酵产物的浓度较低;③发酵液中的悬浮固形物主要是菌体和蛋白的胶状物;④含有培养基中的残留成分,如无机盐类、非蛋白质大分子及其降解产物;⑤含有其他少量代谢副产物;⑥含有色素、毒性物质。
热原质等有机杂质。
2、常用的絮凝剂有什么?无极絮凝剂:Al2(SO4)3·18H2O (明矾)、氯化钙、氯化镁碱式氯化铝、高分子无机聚合物等。
有机絮凝剂:壳多糖及其衍生物、明胶、丙烯酰胺类、聚苯乙烯类、聚丙烯酰类聚乙烯亚胺类。
3、影响絮凝效果的因素?答:①絮凝剂的种类;②絮凝剂浓度;③ pH; 最关键因素,影响絮凝剂活性基团的解离度。