《现代分离方法与技术》

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。

现代分离技术实验报告1. 引言现代生物分离技术是生物学研究和工业生产中至关重要的一部分。

它允许我们从复杂的混合物中提取和纯化目标物质，并为我们提供了研究和利用生物组分的有力工具。

本实验旨在介绍几种常见的现代分离技术的基本原理和应用，并通过实验操作加深我们对这些技术的理解。

2. 材料与方法2.1 材料- 细胞破碎液- 聚丙烯酰胺凝胶- 某种蛋白质混合物- DNA片段- 色谱柱- 电泳仪- 丙酮、甲醇等有机溶剂2.2 方法2.2.1 超速离心将细胞破碎液通过超速离心（10000 g，20分钟）进行初步分离。

2.2.2 凝胶电泳将蛋白质混合物用SDS-PAGE进行凝胶电泳分离，根据蛋白质大小和电荷的不同，使其在凝胶上形成明显的分离带。

2.2.3 透析将目标物质透析至所需缓冲溶液中，以去除其它杂质。

2.2.4 色谱层析使用色谱柱将目标物质与杂质进一步分离，根据目标物质的不同特性选择适当的层析介质。

2.2.5 挤压过滤使用滤器挤压过滤固体颗粒或大分子物质。

2.2.6 溶剂萃取应用不同的溶剂体系将需要分离的物质从混合物中分离出来。

3. 实验结果与讨论3.1 胶体分离结果通过超速离心后，样品分为两层，上层为液体，下层为沉淀。

沉淀层可能包含细胞碎片、酶、DNA等。

3.2 凝胶电泳结果经过凝胶电泳分离，观察到了不同大小和电荷的蛋白质在凝胶上的明显分离带。

该结果表明凝胶电泳可以有效分离目标蛋白质。

3.3 透析结果通过透析，将目标物质从混合物中进一步纯化，并去除其它杂质。

透析后观察到目标物质的纯度显著提高。

3.4 色谱层析结果在色谱柱中，目标物质在不同的物理和化学条件下与层析介质发生相互作用，实现与杂质的进一步分离。

观察到目标物质从柱上流出时的吸光度峰，表示分离效果较好。

3.5 挤压过滤结果通过挤压过滤，固体颗粒或大分子物质可以从溶液中有效地分离出来。

观察到过滤液变清澈，颗粒物质留在滤器上面。

3.6 溶剂萃取结果利用溶剂的特性和溶剂体系的选择，成功将目标物质从混合物中提取出来，并与其它溶质分离。

分离的概念：分离是利用混合物中各组分在物理性质或化学性质上的差异，通过适当的装置或方法，使各组分分配至不同的空间区域或者在不同的时间一次分配至同一空间区域的过程。

分离的形式1.组分离（族分离）：性质相近的一类组分从混合物体系中分离。

例如:药物和石油的分离。

2.单一分离：将某种化合物以纯物质的形式从混合物中分离出来。

3.多组分相互分离：混合物中所有组分相互分离(复杂天然产物分离为纯组分)4.特定组分分离：将某一感兴趣物质从中分离(其余物质混合在一起)5.部分分离：每种物质都存在于被分开的几个部分中，对每一个部分而言，是以某种物质为主，含有少量其他组分(每种物质都存在于被分开的几个部分)富集：目标化合物浓度在某空间增加浓缩：溶剂与溶质的相互分离纯化：目标产物中除去杂质纯度：表示纯化产物主组分含量高低或所含杂质多少的概念。

重结晶是化学合成中最常用的提纯手段分离科学的表述：是研究从混合物中分离、富集或纯化某些组分以获得相对纯物质的规律及其应用的学科。

分离技术应用原因：1.实际样品的复杂性2.分析方法灵敏度的局限性干扰的消除：1.控制实验条件2.使用掩蔽剂3.分离满足对灵敏度的要求：1.选择灵敏度高的方法2.富集评价分离效果：1.干扰成分减少至不再干扰2.待测组分有效回收质量分数> 1% 回收率> 99.9 % 以上质量分数0.01% ~1% 回收率> 99 %质量分数< 0.01 % 回收率> 95 % 或更低分离的目的：①分析操作的样品前处理②确认目标物质的结构③获取单一纯物质或某类物质以作他用④除掉有害或有毒物质：例如污水排放分离技术的特点：①分离对象物质种类繁多②分离目的各不相同③分离规模差别很大④分离技术形形色色⑤应用领域极为广泛分离科学的内容：1.研究分离过程的共同规律（热力学、动力学、平衡）2.研究基于不同分离原理的分离方法、分离设备及其应用分分离的基本原则：1.离因子尽可能高；2.分离剂或能量尽可能少；3.产品纯度尽可能高；4.设备极可能便宜；5.操作尽可能简单；6.分离速度尽可能快。

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本文主要阐述了膜分离技术的原理、特点、发展历史及其在工业生产、食品工业、制药行业和海水淡化等领域的应用，并简述了膜分离技术的未来发展方向。

关键词：膜分离技术；膜分离技术的应用；微滤；纳滤；超滤；反渗透1 膜分离技术的国内外研究历史[1]膜分离现象早在250多年以前就被发现, 但是膜分离技术的工业应用是在20世纪60年代以后。

其大致的发展史为: 20世纪30年代微孔过滤；40年代渗析；50年代电渗析；60年代反渗透；70年代超滤; 80 年代气体分离；90年代渗透汽化。

数十年来, 膜分离技术发展迅速, 特别90年代以后,随着膜 (TFC 膜) 的研制成功, 膜分离技术的应用领域已经渗透到人们生活和生产的各个方面。

膜分离技术作为一种新兴的高效分离技术, 已经被广泛应用于化工、环保、电子、轻工、纺织、石油、食品、医药、生物工程、能源工程等。

我国膜技术始于上世纪 50 年代末，1966年聚乙烯异相离子交换膜在上海化工厂正式投产。

1967年用膜技术进行海水淡化工作。

我国在70年代对其它膜技术相继进行研究开发( 电渗析、反渗透、超滤、微滤膜) ，80年代进入应用推广阶段。

中国科学院大连化物所在 1985年首次研制成功中空纤维氮气氢气分离器，现已投入批量生产。

我国在1984年进行渗透汽化研究，1998年我国在燕山化工建立第一个千吨级苯脱水示范工程。

中国科技部把渗透汽化透水膜、低压复合膜、无机陶瓷膜及天然气脱湿膜等列入”九五”重点科技攻关计划，分别由清华大学、南京化工大学及中科院大连化物所、杭州水处理中心承担，进行重点开发公关。

现代分离技术超临界流体萃取1、超临界流体萃取（SFE）的基本原理SFE利用SCF作为萃取溶剂，SCF所具有独特的物理化学性质，使其极易于渗透到样品基体中去，通过扩散、溶解、分配等作用，使基体中的溶质扩散并分配到SCF中，从而将其从基体中萃取出来。

提取完成后，改变体系温度或压力，使超临界流体变成普通气体一散出去，物料中已提取的成分就可以完全或基本上完全析出，达到提取和分离的目的。

2、超临界流体萃取（SFE）的特点①通过调节温度和压力可提取纯度较高的有效成分或脱出有害成分；②选择适宜的溶剂如CO2可在较低温度或无氧环境下操作，分离、精制热敏性物质和易氧化物质；③SFE具有良好的渗透性和溶解性，能从固体或粘稠的原料中快速提取有效成分；④通过降低超临近流体的密度，容易使溶剂从产品中分离，无溶剂污染，且回收溶剂无相变过程，能耗低；⑤兼有萃取和蒸馏的双重功效，可用于有机物的分离和精制。

超临界萃取优于液体萃取超临界流体的密度接近于液体超临界流体的粘度接近于普通气体超临界流体的扩散能力比液体大100倍超临界萃取的原则流程流程主要分为两部分：① 在超临界状态下，溶剂气体与原料接触进行萃取获得萃取相；② 将萃取相进行分离，脱除溶质，再生溶剂。

2.2 超临界萃取的特点（1）.选择性超临界流体萃取中使用的溶剂必须具有良好的选择性。

提高溶剂选择性的基本原则是：①操作温度应和超临界流体的临界温度相接近②超临界流体的化学性质应和待分离溶质的化学性质相接近若两条原则基本符合，效果就较理想，若符合程度降低，效果就会递减临界温度接近操作温度者，溶解度大临界温度相同的气体中与溶质化学性质相似的气体溶解度大（2).溶解度溶质的溶解度随着流体相密度的增加而强烈的增加。

物质在超临界流体中的溶解度C 与超临界流体的密度ρ之间的关系可以用下式表示：lnC=mlnρ+b选用的超临界流体与被萃取物质的化学性质越相似，溶解能力就越大。

(3).传递性质超临界流体的传递性质值的范图在气体和液体之间，例如在超临界流体中的扩散系数比在液相中要高出l0～100倍，但是黏度就比其小10～l00倍，这就是说超临界流体是一种低黏度、高扩散系数易流动的相，所以能又快又深地渗透到包含有被萃取物质的固相中去，使扩散传递更加容易。

现代分离纯化与分析技术引言在现代化学和生物技术领域中，分离纯化和分析技术起着至关重要的作用。

这些技术是从混合物中分离和提取单个组分或化合物的过程。

随着科学技术的发展，现代分离纯化和分析技术也得到了迅速的发展和改进。

本文将介绍几种常见的现代分离纯化和分析技术，并分析其原理、应用和前景。

一、气相色谱（Gas Chromatography, GC）气相色谱（GC）是一种基于固定相和气相之间的分配和吸附特性进行分离的技术。

它通常用于分离和分析揮发性有机化合物。

GC主要由进样系统、气相载气系统、分离柱和检测器组成。

样品通过进样系统进入气相载气系统，在分离柱中与固定相进行相互作用，被分离后到达检测器进行检测。

GC具有快速、高效和高分辨率等优点，在环境监测、食品安全、药物研发等领域具有广泛应用。

二、液相色谱（Liquid Chromatography, LC）液相色谱（LC）是一种基于液体流动相和固定相之间的相互作用进行分离的技术。

它广泛应用于生物大分子、药物和环境样品的分析。

LC主要包括进样系统、流动相系统、分离柱和检测器。

样品通过进样系统进入流动相系统，在分离柱中与固定相相互作用而被分离。

最后，通过检测器检测分离后的化合物浓度。

LC具有选择性、灵敏度高等优点，在药学、生物技术和化学分析等领域起着重要作用。

三、质谱分析（Mass Spectrometry, MS）质谱分析（MS）是一种通过将化合物转化为带电粒子并测量其质量和电荷比来确定其分子结构的技术。

MS可用于化合物的分析和鉴定。

它分为样品的离子化和质谱仪的测量两个步骤。

质谱仪可根据粒子的质量和电荷比将它们分离出来，并通过检测器进行检测。

质谱分析具有高分辨率、高灵敏度和高选择性等特点，在药物研发、环境污染分析等领域有广泛的应用。

四、凝胶电泳（Gel Electrophoresis）凝胶电泳是一种将带电粒子根据其大小和电荷进行分离的技术。

凝胶电泳在生物化学和分子生物学研究中被广泛使用。

第四章 气体渗透、渗透汽化和膜基吸收（习题解答）4-1采用气体渗透膜分离空气（氧21％，氮79％），渗透物中氧浓度达78％。

试计算膜对氮气的截留率R 和过程的分离因子α，并说明这种情况下哪一个参数更能表达该过程的分离状态。

解：截留率：R=7215.0792211,,22=-=-FN p N c c 分离因子：34.137921227822==N oα 对于气体膜分离，以分离因子表示膜的选择性为宜。

4-3 用渗透汽化膜过程进行异丙醇脱水。

在80℃下，所用亲水复合膜厚为8μm ，该膜对异丙醇的渗透通量可忽略不计。

测得不同含水量的异丙醇进料液透过膜的水通量数据如下： 料液中含水量/％（质量） 1 2 3 4 5 6水通量/{kg/(m 2·h)} 0.03 0.12 0.45 0.82 1.46 2.12已知水在无限稀释溶液中的活度系数为3.9，且在以上浓度范围内不变。

试画出水通量随溶液浓度及活度的变化曲线；计算各组成下水的渗透系数{cm 3·cm/(cm 2·s ·kPa)}。

解：查表得异丙醇的Antoine 方程常数，并计算其饱和蒸气压：3640.20exp 9.7702-0.09235353.54P MPa ⎛⎫== ⎪-⎝⎭异丙醇查饱和水性质表得80℃下水的饱和蒸气压及密度：00.04739P MPa =水 3971.8/kg m ρ=水的渗透系数可用下式计算：()220p AA A A A A A A A A A AJ J Q p x f p y Q p x γγ≈=-−−−→= 计算结果见下表：1 2 3 4 5 60.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 20.03 0.12 0.45 0.82 1.46 2.12 0.0326 0.0637 0.0935 0.1220 0.1493 0.17540.12700.24840.36450.47560.58210.6842321.14E-122.33E-12 5.96E-12 8.32E-12 1.21E-11 1.50E-11 水通量随溶液浓度及活度的变化曲线如下：（左Y 轴为摩尔分数，右Y 轴为活度，X 轴为渗透系数）0.000.020.040.060.080.100.120.140.160.18A4-4 蒸汽渗透或气体分离过程中，原料和渗透物压强比一定，且原料液流与渗余液流的浓度近似相等时，渗透物浓度最高。

从现代分离方法中学习心得
近年来，“分离工程”和“新型分离技术”已经被各个高等院校作为化学工程与工艺、制药工程、生物工程和食品工程等专业的一门学科基础课。

所以，在读这本书之前，我——作为化工专业的一名学生，已经学过《化工分离工程》的一些相关知识。

通读完这本书后，发现《现代分离技术》这本书将分离工程和新型分离技术内容进行融合的同时，又添加了反映该学科最新进展的内容。

我认为，它与《化工分离工程》最不同的地方是：《化工分离工程》强调将工程与工艺相结合，侧重介绍精馏单元，还讨论了其他常见的分离技术和分离的节能问题。

而《现代分离技术》在阐述传统多组分精馏的同时，着重介绍各种新型分离单元的基本原理、相关设备、应用实例和进展情况。

特别是对应用实例的介绍，激发我将相关的分离技术联系到实际，帮助我更好地了解该技术。

现代分离与分析技术》考题一、色谱分离过程中，样品组分在柱内的分子运动具有那些基本特征？液固色谱、化学键合相色谱和排阻色谱的分离原理是什么？其适用于分离分析哪些样品？（20 分）1 基本特征：1）差速迁移：不同组分在柱子中移动的速度不同而是其混合物得到分离。

2）普带扩展：同一组分颜色铺筑移动时色带有窄变宽。

2 分离原理：1）液-固色当流动相通过固定相（吸附剂）时，吸附剂表面的活谱：性中心就要吸附流动相分子。

同时，当试样分子被流动相带入柱内，只要它们在固定相有一定程度的保留就要取代数目相当的已被吸附的流动相溶剂分子）于是，在固定相表面发生竞争吸附，试样中各组分据此得以分离。

（适用于分离相对分子质量中等的油溶性试样，对具有官能团的化合物和异构体有较高的选则行）。

2）化学键合相色谱：化学键合相是利用化学反应通过共价键将有机分子键合在载体（硅胶）表面，形成均一、牢固的单分子薄层而构成的固定相。

其分离机理为吸附和分配两种机理兼有。

对多数键合相来说，以分配机理为主。

通常，化学键合相的载体是硅胶，硅胶表面有硅醇基，三Si- OH，它能与合适的有机化合物反应，获得各种不同性能的化学键合相。

从键合反应的性质可分为：酯化键合（三Si-0-C）、硅氮键合（三Si-N）和硅烷化键合（三Si-O-Si-C）等；硅烷化键合相应用最广泛。

化学键合相色谱所用活动相的极性必须与固定相明显不同，根据活动相和固定相的相对极性不同分为：正相键合相色谱法：活动相极性小于固定相极性。

常用非极性溶剂如烷烃类溶剂，样品组分的保存值可用加进适当的有机溶剂（调节剂）的办法调节洗脱强度。

常用有机溶剂为极性溶剂如氯仿、二氯甲烷、已腈、醇类等。

适用于分离中等极性化合物，如脂溶性维生素、甾族、芳香醇、芳香胺、脂、有机氯农药等。

反相键合相色谱法：反相键合相色谱法应用最广泛，由于它以水为底溶剂，在水中可以加进各种添加剂，改变活动相的离子强度、pH 值和极性等，以进步选择性。