实验室常用分离技术原理及操作.ppt

（2）工作原理
（3）操作规程
助滤剂预涂层的敷设 过滤 残液过滤 排渣 清洗
（四）提高过滤速度的主要措施
4.增加过滤推动力
增加液位差 加压 减压
（五）工业上常用的过滤设备
1.板框过滤或压滤机
(1)基本结构
组成方式
•如果将非洗涤板编号为1、 框为2、洗涤板为3，则板 框的组合方式服从1—2— 3—2……1—2—3之规律。
（3）操作规程
压滤机设备检查 压滤机操作准备 压滤机操作
Fr越大，离心分离的推动力就越大，离心分 离机的分离性能也越好。
4.K因子与离心时间的预测 （1）K因子 表示离心机转头特性的一种参数 K＝2.53×1011㏑［R/r]/（rpm）2
（2）则颗粒沉降所需的时间 T＝K／S（hr）
K实际＝Kmax ×（Rpmmax /Rpmmin ）
(三)影响离心效果的因素 1.固相颗粒与液相密度差
圆形、方形、圆灯笼
形。
粒状介质 珍珠岩粉、硅藻土、活性炭、白陶土 其他过滤介质
金属过滤介质、多孔陶瓷、多孔玻璃、塑料
（四）提高过滤速度的主要措施
2.改善悬浮液的物理性质 （1）降低液体粘度：加热 （2）增大滤饼层毛细管直径，减少弯曲因子 （3）先自然沉降再过滤 3.添加助滤剂
使用助滤剂的条件
c.活塞排渣碟片式离心机
5.螺旋卸料沉降离
心机
卧式和立式螺旋卸料沉降离心机结构示 意图：(a)卧式；(b)立式 1－进料管；2－三角皮带轮；3－右轴承； 4－螺旋输送器；5－进料空；6－机壳；7－转 鼓；8－左轴承；9－行星差速器；10－过载保 护装置；11－溢流孔；12－排渣孔
WL型卧式螺旋卸料 过滤离心机
力强度可达15000～65000， 处理能力为0.1～0.4m3/h ，

在药物提取方面，分离与纯化技术可以用于 从天然植物、动物或微生物中提取有效成分， 如中药材的有效成分提取。
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分离与纯化技术在生物医药领域的应用还包 括基因工程、蛋白质工程等领域的研究和开 发，为新药研发和医学研究提供技术支持。
05
分离与纯化技术的发展趋势
高效率、低能耗、环保化
高效率：分离与 纯化技术不断向 高效化方向发展， 提高产物的质量 和收率，降低生 产成本。
02
分离技术
沉淀分离法
原理：利用沉淀反应使物质分离的方法
适用范围：适用于溶解度差异较大的物质分离
操作方法：加入沉淀剂，使溶解度较小的物质沉淀下来，然后过滤、洗涤、干燥或灼烧 等操作，得到纯净的物质。
注意事项：选择合适的沉淀剂和操作条件，避免杂质混入和损失。
萃取分离法
原理：利用溶 质在两种不互 溶的溶剂中的 溶解度差异， 实现溶质的分
支持。
分离与纯化技术 与其他技术的结 合应用，可以促 进相关领域的技 术创新和产业升 级，推动经济发 展和社会进步。
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离
分类：根据萃 取剂的种类， 可分为液-液萃 取、固-液萃取 和气-液萃取
特点：操作简 单、分离效果 好、应用广泛
应用：在化工、 石油、食品等 领域得到广泛
应用
离子交换法
原理：利用离子 交换剂与溶液中 的离子进行交换 反应，以达到分 离和纯化物质的 目的。
应用范围：广泛 应用于水处理、 食品、医药等领 域。
03
纯化技术
蒸馏法
定义：蒸馏法是利用混合物中各组分的沸点不同，通过加热和冷凝的方法将各组分分离的方法。
原理：利用物质沸点的不同，通过加热使低沸点的物质汽化，再通过冷凝使高沸点的物质液化， 从而实现物质的分离。

3、根据化学特性（膜材料）分类
• 2）合成高分子材料
• 种类：聚砜、 PVDF（聚偏氟乙烯）、聚酰胺、聚酰亚胺、 聚丙烯腈、聚烯类和含氟聚合物，其中，聚砜最常用，用 于制造超滤膜。 • 优点：耐高温(70-80C，可达125C)，pH1-13，耐氯能力 强，可调节的孔径宽(1-20nm)；聚酰胺膜的耐压较高，对 温度和pH、盐稳定性高，寿命长，常用于反渗透。 • 缺点：聚砜的耐压差，压力极限在0.5-1.0MPa。
要求更高时：先将其放在50％的乙醇溶液中用水浴煮1h，再依次 换50％的乙醇溶液、10mmol/L NaHCO3溶液、1mol/L EDTA溶液、 蒸馏水各泡洗两次，最后在4℃的蒸馏水中保存备用
用过的透析袋要是短期还要用的话，最好冲洗干净后，浸于 20％乙醇中低温存放 主要用途：蛋白样品的脱盐
2）以净压力为推动力的膜分离
3、根据化学特性（膜材料）分类
• 3）无机材料
• 种类：陶瓷、微孔玻璃、不锈钢和碳素等。目前实用化有 孔径>0.1um微滤膜和截留>10kDa的超滤膜，其中以陶瓷 材料的微滤膜最常用。多孔陶瓷膜主要利用氧化铝、硅胶、 氧化锆和钛等陶瓷微粒烧结而成，膜厚方向上不对称 • 优点：机械强度高、耐高温、耐化学试剂和有机溶剂。
• 6）低成本
3、根据化学特性（膜材料）分类
• 1）天然高分子材料
• 种类：纤维素衍生物，如醋酸纤维、硝酸纤维和再生纤维 • 优点：醋酸纤维的阻盐能力最强，常用于反渗透膜，也可 作超滤膜和微滤膜；再生纤维素可用于制造透析膜和微滤 膜。 • 缺点：醋酸纤维膜最高使用温度和pH范围有限，在4550C，pH3-8。
透析
反渗透 (reverse osmosis, RO) 纳滤 (Nanofiltration, NF) 超滤 (ultra-filtration, UF) 微滤 (micro-filtration, MF) 透析 (Dialysis, DS)

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。

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密度梯度的制备可采用梯度混合器，也可将不同浓 度的蔗糖溶液，小心地一层层加入离心管中，越靠 管底，浓度越高，形成阶梯梯度。 离心前，把样品小心地铺放在预先制备好的密度梯 度溶液的表面。离心后，不同大小、不同形状、有 一定的沉降系数差异的颗粒在密度梯度溶液中形成 若干条界面清晰的不连续区带。各区带内的颗粒较 均一，分离效果较好。 在密度梯度离心过程中，区带的位置和宽度随 离心时间的不同而改变。随离心时间的加长，区带 会因颗粒扩散而越来越宽。为此，适当增大离心力 而缩短离心时间，可减少区带扩宽。
对于常速和高速离心机，由于所分离的颗粒大小和密 度相差较大，只要选择好离心速度和时间，就能达到 分离效果。 超速离心的离心方法有：差速离心、密度梯度离心和 等密度梯度离心。
6
按工作原理： 过滤式离心机 沉降式离心机
过滤式离心机
在过滤式离心机转鼓壁上有许多孔，转鼓内表 面覆盖过滤介质。加入转鼓的悬浮液随转鼓一同 旋转产生巨大的离心压力，在压力作用下悬浮液 中的液体流经过滤介质和转鼓壁上的孔甩出，固 体被截留在过滤介质表面，从而实现固体与液体 的分离。悬浮液在转鼓中产生的离心力为重力的 千百倍，使过滤过程得以强化，加快过滤速度， 获得含湿量较低的滤渣。固体颗粒大于0.01毫米 的悬浮液一般可用过滤离心机过滤。
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碟片式离心机类型
人工间歇排渣的碟片离心机 碟片上不开孔，只有一个清液
排出口。沉积在转鼓内壁上的 沉渣，间歇排出。只适用于固 体颗粒含量很少的悬浮液。 自动间歇排渣：当固体颗粒含 量较多时，可采用具有喷嘴排 渣的碟式离心沉降机。 自动连续排渣
近年来开发的机型
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按离心机的作用方式：
卸料；G-刮刀卸料；N-耐腐蚀；字母后面的数字，表示转 鼓直径，mm

三 必备知识
（一）大黄中的主要有效成分及结构 （二）大黄中主要有效成分的提取分离
（一）大黄中主要有效成分及结构
大黄中化学成分复杂，主要以蒽醌衍生物为主。主要
有游离蒽醌、蒽醌苷、二蒽酮苷，此外还含鞣质等。游离
蒽醌主要有大黄酚、大黄素、大黄素甲醚、芦荟大黄素、
大黄酸。
R1
R2
大黄酚
CH3
H
大黄素
CH3
①有机溶剂作萃取剂:a从水提液中萃取亲脂性成分， 一般选用苯、氯仿或乙醚等亲脂性有机溶剂；b从 水提液中萃取中等极性成分，一般选用醋酸乙酯、 丁醇等弱亲脂性有机溶剂或在氯仿、乙醚中加入适 量乙醇以增大其亲水性。 ②用于pH梯度萃取法的萃取剂：a分离某有机溶剂 中酸性强弱不同的苷元，可依次选用pH由低到高的 碱液b分离碱性强弱不同的游离生物碱，可用pH由 高至低的酸性缓冲溶液作萃取剂顺次萃取。
溶解性
游离蒽醌
易溶于苯、 乙醚、氯仿 和碱性有机 溶剂中。可 溶于丙酮、 甲醇及乙醇 ，不溶或难 溶于水.
蒽醌苷
极性较大 ，易溶于 甲醇及氯仿等 溶剂.
（二） 生物碱类化合物的理化性质
酸碱性
游离蒽醌
蒽醌苷
蒽醌类化合 物大多具有 酚羟基或个 别具有羧基, 故具有一定 的酸性.
(大 黄 酚 )
CH3 O
CH3 O
（四） 蒽醌的层析检识
可用
1.纸层析
游离羟基蒽醌类的纸层析一般在中性溶剂系统中进行,可用水、乙醇、丙酮等 与石油醚、苯等混合，使达到饱和后取极性小的有机溶剂层进行展开。
几种蒽醌类化合物纸层析的比移值
Rf值 种类
展开剂 丙酮:石油醚:水(1:1:3)混合 石油醚(36~60℃):97%甲醇

;.
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自上世纪60年代中期以来，膜分离技术真正实现了工业化。首先出现的分离膜是超过滤 膜（简称UF膜）、微孔过滤膜（简称MF膜）和反渗透膜（简称RO膜）。以后又开发了许多 其它类型的分离膜。
在此期间，除上述三大膜外，其他类型的膜也获得很大的发展。80年代气体分离膜的研 制成功，使功能膜的地位又得到了进一步提高。
;.
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平板膜组件
特点： 较管式组件比表面积大得 多，易于更换膜，适于微 滤、超滤。
;.
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螺旋卷式膜组件
特点： 膜面积大，湍流情况好，但制造装配要求
高、清洗检修不方便，不能处理悬浮液浓度 较高的料液。可用于微滤、超滤和反渗透。
;.
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各种膜组件的传质特性和综合性能比较：
;.
25
1.4 分离膜种类 f. 按膜的结构分类 按膜的结构分为： 对称膜(Symmetric Membrane) 非对称膜(Asymmetric Membrane) 复合膜(Composite Membrane)
微滤和超滤
微滤和超滤都是利用膜的筛分性质，以压差为传质推动力，主要用于截留固体 微粒和高分子溶质。
微滤广泛用于细胞、菌体等的分离和浓缩，操作压力通常为0.05-0.5MPa。
超滤适用于1-50nm的生物大分子的分离，如蛋白质、病毒等。操作压力常为 0.1-1.0MPa。
;.
17
1.4 分离膜种类
电渗析
;.
6
1.2 膜分离技术发展简史
50年代初，为从海水或苦咸水中获取淡水，开始了反渗透膜的研究。 真正意义上的分离膜出现在20世纪60年代。1961年，米切利斯（A. S. Michealis）等人用各种
比例的酸性和碱性的高分子电介质混合物以水-丙酮-溴化钠为溶剂，制成了可截留不同分子 量的膜，这种膜是真正的超过滤膜。美国Amicon公司首先将这种膜商品化。 1967年，DuPont公司研制成功了以尼龙-66为主要组分的中空纤维反渗透膜组件。同一时期， 丹麦DDS公司研制成功平板式反渗透膜组件。反渗透膜开始工业化。

eg.动物细胞和革兰氏阴性菌。 • 细胞于高渗介质中？脱水达到平衡后，迅速将其转置于低
渗透压的水或缓冲液中，水进入细胞使胞壁和胞膜破裂
• 2）冻结－融化法（Freezing and Thawing） • 细胞急剧冻结后在室温缓慢融化，反复操作多次使细胞破
坏，对于存在于细胞质周围靠近细胞膜的胞内产物释放较 为有效
• 原理：干扰素能刺激某些指示细胞(如人羊膜上皮细胞 Wish株、人喉癌细胞株Hep-2等)产生抗病毒蛋白，从而使 细胞免受水疱性口炎病毒(VSV)的攻击，根据待测样品不 同稀释度的保护能力，计算出干扰素生物学活性单位。
• 材料： VSV、Wish细胞、MTT、二甲亚砜(DMSO)、10 ％FCS RPMI1640、培养板、培养瓶、CO2孵箱、超净台、 酶标检测仪。
or molarity of the buffer due to common ion effects
方案2
• Choose the buffer（with a pKa as close as possible to the desired pH） • Indentify whether the buffer is made from an acid or a base（buf
珠磨法、压榨法 高压匀浆、超声破碎、撞击法
非机械法
干燥处理 溶胞作用
1）酶溶法 2）化学法 3）物理法
超临界细胞破碎
1、机械方法破碎
• 1）珠磨法（bead milling） ：细胞悬浮液与极小的研磨剂如玻 璃小珠、石英砂等一起高速搅拌，细胞与研磨剂之间相互 碰撞、剪切，使细胞达到某种程度破碎，释放内含物
• Before the protein can be isolated, it is necessary to conceive of(确定) an activity and to devise（设计） an appropriate assay.

缺点
萃取剂消耗量大
溶剂萃取分离法需要使用大量的有机溶剂作为萃取剂，增加了成 本和环境负担。
有机溶剂残留
在萃取过程中，有机溶剂可能会残留在目标物质中，影响产品质量 。
操作条件要求高
溶剂萃取分离法的操作条件如温度、压力、搅拌等要求较高，需要 严格控制。
改进方向
开发高效萃取剂
通过研发新型的高效萃取剂，降低溶剂用量 ，提高萃取效率。
优化实验条件
通过实验试错，优化实验条件， 提高萃取效率，减少实验时间。
01
确定目标
明确实验的目标，是分离某种特 定物质，还是进一步纯化某个样 品。
02
03
04
设计实验流程
确定萃取剂的用量、萃取的次数 、萃取剂的回收等实验流程。
实验仪器的准备和操作
01
02
03
04
准备实验仪器
包括分液漏斗、旋转蒸发器、 玻璃砂漏斗等萃取实验所需仪
生物学研究
在生物学研究中，溶剂萃 取法可用于提取生物组织 中的活性成分，如药物、 毒素和激素等。
环境监测
在环境监测中，溶剂萃取 法可用于提取水体和土壤 中的有害物质，如重金属 、有机污染物等。
在环境保护中的应用
废水处理
溶剂萃取法可用于处理废水中的 有害物质，如重金属、有机污染 物等，降低废水对环境的危害。
土壤修复
在土壤修复中，溶剂萃取法可用于 提取土壤中的有害物质，如重金属 、有机污染物等，提高土壤的环境 质量。
大气污染控制
在大气污染控制中，溶剂萃取法可 用于去除空气中的有害气体和颗粒 物，提高空气质量。
04
溶剂萃取分离法的实验技术和操作 步骤
实验方案的设计和优化
选择合适的萃取剂

第23页，共99页。
6. 离子交换剂 葡聚糖凝胶离子交换剂 在 G—25或G—50葡聚糖凝胶上引入
羧甲基、磺乙基、磺丙基、二乙基氨乙 基及季铵乙基等而制成的既具凝胶的优 点又具离子交换性质的载体，在生化及 天然化合物方面得到广泛应用。
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7．硅藻土 硅藻土商品名 celite，是高度多孔的，比
第21页，共99页。
5．葡聚糖凝胶 分子筛的原理
(1) 亲水性葡聚糖凝胶
葡聚糖凝胶是由一定分子量的葡聚糖(右旋糖苷， dextran)悬浮于有机相中，加入交联剂使葡聚糖交联 聚合而成．其商品名为Sephadex，加入交联剂量不 同可制成不同交联度的凝胶．
交联度越大，网状结构越紧密，吸水时膨胀体积越 小．
(3) 离子交换薄层色谱 由含有交换活性基团的纤维素铺成薄层。
(4) 分子排阻薄层色谱 也称凝胶薄层。利用样品中分子大小 不同、受阻情况不同加以分离。
(5) 亲和薄层色谱 利用酶、受体、抗原抗体特异性识别作用。
第3页，共99页。
二、TLC 的技术参数 1. 比移值: 一个化合物在薄层板上上
溶液（0.5％）（1：3），研成糊状，倒入板上铺 布。
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0.5％CMC-Na配制： 取适量CMC-Na + 蒸馏水加热煮沸，完全融解，
放冷静置。铺板时取其上清液使用。
铺板时为了防止由于搅拌而带入气泡，常常加 入少量乙醇或丙酮或将吸附剂糊首先置于真空干 燥器中减压脱气，以免薄层表面出现气泡，影响 分离效果。
度，与传递阻滞有关；
表面积越大，表明其吸附力越大，有较强的保留。
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4）硅胶薄层板的厚度 普通薄层厚度为250μm, 高效薄层板为200μm， 制备薄层板厚度 0.5-2 mm