離子交換生物分離工程

❶ 生物分離工程（生物工程下游技術）在生物工程中起怎麼樣的作用

生物分離工程是研究生化工業中生物製品分離和純化的工程技術學科，課程主要講授傳質與生化分離工程的原理和應用，以及生化分離過程中一些主要的分離單元操作和分離工程領域的研究進展及其動態；課程重點講授發酵液的預處理、細胞破碎、溶劑萃取法、雙水相萃取法、反膠束萃取法、凝膠萃取法、超臨界流體萃取法、離子交換法、層析分離法、膜分離法、蒸發、結晶和乾燥等單元操作原理及其在生物工程技術領域的應用，是生物工程專業主要專業基礎課程之一。

❷ 生物分離工程在生物制葯中的應用

也得到了迅猛發展。同時還開發和研製了新材料和先進的分離設備及儀器。可以預料，以適應這些分離技術的發展、超濾當前，生物分離技術的研究和開發必將更深入和廣泛，在生物技術和生物工程專業中、離子交換層析和疏水層析等）和電泳技術（凝膠電泳，隨著生物工程的飛速發展，生物工程占據了顯著的地位，膜分離技術（微濾，生物分離工程已成為越來越重要的一門課程，出現了許多適合大分子生化物質（如蛋白質、酶等）分離純化的新技術。近年來，層析（色譜）技術（凝膠層析、反膠束萃取，隨著生物技術產業的更迅速發展、超臨界流體萃取，在人們的生產實踐和日常生活中起著越來越重要的作用、納濾和反滲透等），如新型的萃取技術（兩水相萃取、等電聚焦電泳等）。因此，在世界高新技術產業中、親和層析，作為生物工程學科中必不可缺的「下游技術」——生物分離工程、液膜萃取和微波萃取等）

❸ 生物分離工程的圖書目錄

前言
第一章 緒論
第一節 生物分離工程的性質、內容與分類
一、生物分離工程的性質
二、生物分離工程的研究內容
三、生物分離過程的分類
第二節 生物分離工程的一般流程
一、發酵液的預處理
二、產物的提取
三、產物的精製
四、成品的加工處理
五、生物分離純化工藝過程的選擇依據
第三節 生物分離過程的特點
一、生物分離過程的體系特殊
二、生物分離過程的工藝流程特殊
三、生物分離過程的成本特殊
第四節 生物分離工程的發展趨勢
一、生物分離工程的發展趨勢
二、生物分離工程研究應注意的問題
思考題
第二章 發酵液的預處理
第一節 發酵液預處理的方法
一、發酵液的一般特徵
二、發酵液預處理的目的和要求
三、發酵液預處理的方法
第二節 發酵液的過濾，
一、發酵液過濾的目的
二、影響發酵液過濾的因素
三、發酵液過濾的方法
四、提高過濾性能的方法
五、過濾介質的選擇
六、過濾操作條件優化
七、過濾設備
思考題
第三章 細胞分離技術
第一節 細胞分離
一、過濾
二、離心沉降
第二節 細胞破碎
一、細胞壁的結構
二、細胞破碎動力學
三、細胞破碎的方法
第三節 胞內產物的溶解及復性
一、包含體及其形成
二、包含體的分離和溶解
三、蛋白質復性
思考題
第四章 沉澱技術
第一節 概述
第二節 蛋白質表面性質
一、蛋白質表面的親水性和疏水性
二、蛋白質表面的電荷
三、蛋白質膠體的穩定性
第三節 蛋白質沉澱方法
一、鹽析法
二、有機溶劑沉澱法
三、等電點沉澱法
四、非離子多聚物沉澱法
五、變性沉澱
六、生成鹽類復合物的沉澱
七、親和沉澱
八、SIS聚合物與親和沉澱
第四節 沉澱技術應用
一、蛋白質
二、多糖
三、茶皂甙純化工藝研究
四、杜仲水提液中氯原酸的提取
思考題
第五章 萃取技術
第一節 基本概念
一、萃取的概念、特點及分類
二、分配定律
三、分配系數、相比、分離系數
第二節 液液萃取的基本理論與過程
一、液液萃取的基本原理
二、液液萃取類型及工藝計算
第三節 有機溶劑萃取
一、有機溶劑萃取分配平衡
二、影響有機溶劑萃取的因素
三、有機溶劑萃取的設備及工藝過程
第四節 雙水相萃取
一、雙水相體系的形成
二、相圖
三、雙水相中的分配平衡
四、影響雙水相分配系數的主要因素
五、雙水相萃取的設備及工藝過程
第五節 液膜萃取
一、液膜及其分類
二、液膜萃取機理
三、液膜分離操作
四、乳化液膜分離技術的工藝流程
五、液膜分離過程潛在問題
六、液膜分離技術的應用
第六節 反膠團萃取
一、膠團與反膠團
二、反膠團萃取
三、反膠團制備
四、反膠團萃取的應用
第七節 液固萃取
一、液固萃取過程
二、液固萃取類型
三、浸取的影響因素
四、浸取的其他問題
五、浸取的工業應用
第八節 超臨界流體萃取
一、超臨界流體
二、超臨界流體萃取
三、超臨界萃取的實驗裝置與萃取方式
四、超臨界流體萃取條件的選擇
五、超臨界流體萃取的基本過程
六、超臨界流體萃取的應用實例
第九節 萃取技術應用及研究進展
一、雙水相萃取技術應用及研究進展
二、液膜萃取技術應用及研究進展
三、反膠團萃取技術應用及研究進展
四、超臨界流體萃取技術應用及研究進展
思考題
第六章 膜分離過程
第一節 概述
一、膜分離過程的概念和特徵
二、膜過程分類
三、分離膜
第二節 壓力驅動膜過程
一、反滲透和納濾
二、超濾和微濾
第三節 電推動膜過程——電滲析
一、電滲析的基本原理
二、電滲析傳遞過程及影響因素
三、電滲析膜
四、應用
第四節 膜接觸器——膜萃取
一、膜萃取的基本原理
二、膜萃取的傳質過程
三、膜萃取過程影響因素
四、應用
第五節 其他膜分離過程
一、濃差推動膜過程——滲透蒸發
二、溫差推動膜過程——膜蒸餾
第六節 膜分離過程裝置
一、濾筒式膜組件
二、板框式膜組件
三、螺旋卷式膜組件
四、管式膜組件
五、毛細管式膜組件
六、中空纖維式膜組件
思考題
第七章 吸附與離子交換
第一節 概述
一、吸附過程
二、吸附與離子交換的特點
第二節 吸附分離介質
一、吸附劑
二、離子交換劑
第三節 吸附與離子交換的基本理論
一、吸附平衡理論
二、影響吸附的主要因素
三、離子交換平衡理論
第四節 基本設備與操作
一、固定床吸附操作
二、移動床吸附器
三、膨脹床吸附操作
四、流化床吸附操作
五、吸附器凈化效率的計算與選擇
思考題
第八章 色譜分離技術
第一節 色譜分離技術概述
一、色譜技術的基本概念
二、色譜法的分類
三、色譜系統的操作方法
第二節 吸附色譜法
一、吸附色譜基本原理
二、吸附薄層色譜法
三、吸附柱色譜法
第三節 分配色譜法
一、基本原理
二、分配色譜條件
三、分配色譜基本操作
四、分配色譜法的應用
第四節 離子交換色譜法
一、離子交換色譜技術的基本原理
二、離子交換劑的類型與結構
三、離子交換劑的理化性能
四、離子交換色譜基本操作
五、離子交換色譜的應用
第五節 親和色譜
一、親和色譜概述
二、親和色譜原理
三、親和色譜介質
四、親和色譜介質的制備
五、親和色譜的操作過程
六、影響親和色譜的因素
第六節 色譜分離技術的應用
一、親和色譜的應用
二、離子交換色譜的應用
三、吸附色譜的應用
四、分配色譜的應用
五、多種色譜技術的組合應用
思考題
第九章 離心技術
第一節 離心分離原理
一、離心沉降原理
二、離心過濾原理
第二節 離心分離設備
一、離心分離設備概述
二、離心沉降設備
三、離心過濾設備
四、離心分離設備的放大
第三節 超離心技術
一、超速離心技術原理
二、超速離心技術分類
三、超速離心設備
第四節 離心技術在生物分離中的應用
一、離心技術在生物分離應用中的注意事項
二、離心分離的優缺點
三、離心機的選擇
四、離心在生物分離中的應用
思考題
第十章 濃縮、結晶與乾燥
第一節 蒸發濃縮工藝原理與設備
一、蒸發濃縮工藝
二、蒸發濃縮設備
第二節 結晶工藝原理和設備
一、結晶操作工藝原理
二、結晶設備
第三節 乾燥工藝原理與設備
一、乾燥工藝原理
二、乾燥設備
思考題
主要參考文獻

❹ 請問有沒有孫彥所編的《生物分離工程》的課後習題解答或者是分析之類的書

第一章 緒論
P8思考題：1、5、6
1、 生物分離工程：是指從發酵液、酶反應液或動植物細胞培養液中分離、純化生物產品的過程。P1
2、 生物分離純化過程的一般流程可分為幾大部分?分別包括哪些單元操作？P4
答：一、發酵液的預處理（固液分離）：單元操作：過濾和離心；
二、產物的提取（初純化）：單元操作：沉澱、吸附、萃取、超濾；
三、產物的精製（高度純化）：單元操作：層析（包括柱層析和薄層層析）、離子交換、親和色譜、吸附色譜、電色譜；
四、成品的加工處理：單元操作：濃縮、結晶和乾燥；
3、 生物分離工程的特點有哪些？P6
答：①原料液體系非常復雜，雜質含量高，難於分離；②原料液一般為產物濃度很低的水溶液；③原料液抗環境變化能力差，容易變性失活；④分離過程必須保持目標物的生物活性；⑤分離粗產物純度低，最終產品純度要求極高，而對與人類生命息息相關的生物產物的質量要求必須達到國家相關標准；⑥常無固定操作方法可循；⑦分離操作步驟多，不易獲得高收率；⑧對於基因工程產品，一般要求在密封環境下操作；⑨分離純化過程代價昂貴，產品回收率低。

第二章 發酵液的預處理
1、 發酵液預處理的方法：P11
按預處理的目的分為：提高過濾速度的方法、改變發酵液性質的方法和雜質去除的方法
具體的方法有：凝集和絮凝、加熱法、調節PH法、加水稀釋法、加入助濾劑法、加吸附劑法或加鹽法、高價態無機離子去除的方法、可溶性雜蛋白質去除的方法、色素及其他雜質去除的方法。
2、 凝集：指在投加的化學物質(如水解的凝集劑、鋁、鐵的鹽類或石灰等)作用下，發酵液中的膠體脫穩並使粒子相互凝集成為1mm大小塊狀絮凝體的過程。P11
3、 絮凝：指某些高分子絮凝劑能在懸浮粒子之間產生橋梁作用，使膠粒形成粗大絮凝團的過程。P12
4、 具體方法中常採用的物質試劑：P14~15
調節PH法：一般採用草酸等有機酸或某些無機的酸鹼；
高價態無機離子去除的方法：
①、 Ca2＋的去除：常採用的酸化劑為草酸；
②、 Mg2＋的去除：採用加入磷酸鹽，是Mg＋生成磷酸鎂沉澱的方法；
③、 Fe3＋的去除：採用加入黃血鹽，生成普魯士藍沉澱的方法。
5、 影響發酵液過濾的因素：P17
一、 菌種：決定發酵液中各種懸浮粒子的大小和形狀；
二、 發酵液黏度：通常發酵液黏度越大，分離速度越慢
影響其因素有：①發酵條件、②放罐時間、③發酵染菌、④發酵液的PH、溫度
6、 錯流過濾：料液流動方向與過濾介質平行的過濾，常用的過濾介質為微孔濾膜或超濾膜，主要適用於懸浮粒子細小的發酵液，如細菌發酵液的過濾。P18
7、 發酵液的過濾設備：
按過濾的推動力分為：重力式過濾器、壓力式過濾器、真空式過濾器和離心式過濾器四種。P23
第三章 細胞分離技術
1、 細胞破碎的方法：P34 根據破碎機理不同，可分為：
⑴機械破碎法：珠磨法、高壓勻漿法、超聲波破碎法和其他類型的機械破碎法；
⑵物理破碎法：凍融法、低溫玻璃化法；
⑶化學滲透法：酸鹼法、鹽法、表面活性劑處理、有機溶劑法、變性劑法、溫和化學滲透劑處理；
⑷酶溶法：降解細胞壁。
2、 變性劑的作用：變性劑（如鹽酸胍和脲）的加入，可削弱氫鍵的作用，使胞內產物相互之間的作用力減弱，從而易於釋放。P38
3、 包含體：是聚集蛋白質形成的濃密顆粒（密度達1.3mg/ml），可在光學顯微鏡下觀察到，直徑可達μm級，呈無定形或類晶體。
4、 蛋白質復性：又稱再折疊，是指變性蛋白質在變性劑去除或濃度降低後，就會自發地從變性的熱不穩定狀態向熱穩定狀態轉變，形成具有生物學功能的天然結構。P42
復性方法：①稀釋與透析復性法、②色譜復性技術、反膠束萃取復性法。
第四章 沉澱技術
1、 沉澱：又稱為沉析，是指在溶液中加入沉澱劑使溶質溶解度降低，生成無定形固體從溶液中析出的過程。P48
2、 蛋白質沉澱方法：P51
鹽析法、有機溶劑沉澱法、等電點沉澱法、非離子多聚物沉澱法、生成鹽復合物法、選擇性的變性沉澱、親和沉澱及SIS聚合物與親和沉澱等。
3、 鹽析：蛋白質在高離子強度溶液中溶解度降低，以致從溶液里沉澱出來的現象。P51
4、 鹽析原理：在蛋白質溶液中加入大量中性鹽後，破壞蛋白質分子上的親水基團與水分子作用形成的水化層，奪走水分子，破壞水膜，暴露出疏水區域，同時中和電荷，使顆粒間的相互斥力喪失，布朗運動加劇，導致蛋白質分子相互結合成聚集物而沉澱析出。P51
5、 影響鹽析的因素：P52
① 蛋白質種類、②離子類型、③溫度和PH、④鹽的加入方式、⑤蛋白質的原始濃度。
6、脫鹽處理的方法：透析法、超濾及凝膠過濾法。P55
7、有機溶劑沉澱法的原理：P56
一傳統觀點：在蛋白質溶液中加入丙酮或乙醇等有機溶劑，水的活度降低，水對蛋白質分子表面的水化程度降低，即破壞了蛋白質表面的水化層；另外，溶液的介電常數下降，蛋白質分子間的靜電引力增大，從而聚集和沉澱。
二新觀點：有機溶劑可能破壞蛋白質的某種鍵，使其空間結構發生某種程度的變化，致使一些原來包在內部的疏水基團暴露於表面並與有機溶劑的疏水基團結合形成疏水層，從而使蛋白質沉澱，而當蛋白質的空間結構發生變形超過一定程度時，便會導致完全的變性。
第五章 萃取技術
1、萃取：是利用溶質在互不相溶的溶劑里的溶解度不同，用一種溶劑把溶質從它與另一種溶劑所組成的溶液（原料）中提取出來的方法。P64
2、分配定律：在恆溫恆壓條件下，溶質在互不相溶的兩相中分配時，達到分配平衡後，如果其在兩相中的相對分子質量相等，則其在兩相中的平衡濃度之比為一常數，此常數稱為分配常數A，A=c1/c2 P64
3、分配常數在使用時，必須注意滿足3個條件：P65
①必須是稀溶液；②溶質對溶劑的互溶度沒有影響；③溶質在兩相中必須是同一分類型，不發生締合夥離解。
4、工業上液液萃取的基本過程包括幾個步驟：P67
①混合：料液與萃取劑充分混合並形成乳濁液的過程，設備：混合器；
②分離：將乳濁液分開形成萃取相和萃余相的過程，設備：分離器；
③溶劑回收：從萃取相或萃余相中回收萃取劑的過程，設備：回收器。
5、按操作流程劃分，液液萃取可分為：P67
①單級萃取，②多級萃取：多級錯流萃取和多級逆流萃取。
6、影響有機溶劑萃取的因素：P73
一水相條件的影響：影響萃取操作的因素：主要有PH、溫度、無機鹽等
①PH ②溫度 ③鹽析 ④帶溶劑
二有機溶劑的選擇
三乳化現象：乳化是一種液體分散在另一種不相混合的液體的現象。P75
7、去乳化劑有兩種：①陽離子表面活性劑溴代十五烷基吡啶，適用於破壞W/O型乳濁液；
②陰離子表面活性劑十二烷基磺酸鈉，易溶於水，微溶於有機溶劑，適用於破壞W/O型乳濁液。P75
8、 聚合物的不相溶性：兩種聚合物分子間如存在相互排斥作用，即某種分子的周圍將聚集同種分子而非異種分子，達到平衡時，就有可能分成兩相，而兩種聚合物分別進入一相中的現象。P80
9、在生化工程中得到廣泛應用的雙水相體系主要是：聚乙二醇-葡聚糖體系和聚乙二醇-無機鹽系統。P80
10、液膜分離系統的膜相組成：通常有膜溶劑、表面活性劑、流動載體、膜增強劑構成。P87
11、液膜分類：根據其結構可分為3種 P87
①乳狀液膜，②支撐液膜，③流動液膜
12、液膜萃取機理：根據待分離溶質種類的不同，可分為以下幾種類型。P89
一單純遷移：
二促進遷移：
三載體輸送：
13、流動載體的選擇原則：①溶解性，②絡合性，③穩定性。 P92
14、溶脹：是指外相水透過膜進入了液膜內相，從而使液膜體積增大的現象。P94
15、反膠團：若將表面活性劑溶於非極性的有機溶劑中，並使其濃度超過臨界膠束濃度，便會在有機溶劑內形成聚集體，這種聚集體稱為反膠團。P99
16、反膠團的優點：P99
⑴極性「水核」具有較強的溶解能力；
⑵生物大分子由於具有較強的極性，可溶解於極性水核中，防止與外界有機溶劑接觸，減少變性作用；
⑶由於「水核」的尺度效應，可以穩定蛋白質的立體結構，增加其結構的剛性，提高其反應性能。
17、反膠團萃取蛋白質的推動力：萃取過程是靜電力、疏水力、空間力、親和力或幾種力協同作用的結果，其中蛋白質與表面活性劑性頭間的靜電相互作用是主要推動力。P100
18、液固萃取的過程：包括潤濕、溶解、擴散、和置換，其中置換中浸取的關鍵在於保持最大的濃度梯度。P103
19、超臨界流體特點：P107
⑴在臨界點的附近，密度線聚集於臨界點周圍，壓力或溫度的小范圍變化，就會引起流體密度的大幅度變化；
⑵超臨界流體的密度和溶劑化能力接近液體，黏度和擴散系數接近氣體，在臨界點附近流體的物理化學性質隨溫度和壓力的變化極其敏感，在不改變化學組成的條件下，即可通過壓力調節流體的性質；
⑶在臨界點附近，會出現流體的密度、黏度、溶解度、熱容量、介電常數等所有流體的物性發生急劇變化的現象。
20、超臨界流體萃取的原理：P107
它是利用超臨界流體(SCF)，即溫度和壓力略超過或靠近臨界溫度(Tc)和臨界壓力（Pc）、介於氣體和液體之間的流體，作為萃取劑，從固體或液體中萃取出某種高沸點或熱敏性成分，以達到分離和純化的目的。
21、超臨界流體萃取的典型流程有：等溫法、等壓法和吸附法。P113
第六章 膜分離過程
1、膜分離過程：是用具有選擇透過性的天然或合成薄膜為分離介質，在膜兩側的推動力（如壓力差、濃度差、電位差、溫度差等）作用下，原料液體混合物或氣體混合物中的某個或某些組分選擇地透過膜，使混合物達到分離、分級、提純、富集和濃縮的過程。P120
2、膜的功能：①物質的識別與透過；②相界面；③反應場。
3、濃差極化：較高的壓力和料液濃度以及緩慢的膜面流速可造成膜表面溶質濃度高於主體濃度，形成高濃度邊界層，使料液側膜面的滲透壓升高，有效壓差減小的現象。P127
4、凝膠極化：是指在膜分離的過程中，由於溶質受到膜的截留作用，不能完全通過膜，溶質在膜表面附近濃度升高，導致膜兩側的有效壓差減少，膜的通透量降低，當膜表面附近的濃度超過溶質的溶解度時，溶質析出，並在膜的表面形成凝膠層的過程。
5、超濾和微濾：是以膜兩側壓力差為推動力，以微孔膜為過濾介質，當溶液流過膜表面時，主要利用篩分原理將溶液中的懸浮粒子或大分子物質截留，而使溶劑和小分子物質透過膜，以實現凈化、分離與濃縮的膜分離過程。P132
微濾膜：一般為均質膜，膜阻力由總的膜厚度決定，微濾膜相比超濾膜來說孔徑較大且孔徑分布較均勻，膜孔徑為0.05~10µm，截留對象是細菌、膠體以及氣溶膠等懸浮粒子；超濾膜：一般為不對稱結構，膜的傳質阻力主要在表皮層，其厚度僅為1µm或更小，孔徑大多在0.005~0.05µm，截留對象是相對分子質量為10³~10^6的溶質。
6、影響截留率的因素：
⑴溶質的分子量；
⑵分子特性：①球形＞帶支鏈＞線性分子；
②對於荷電膜與膜相反電荷分子截留率低，若膜對溶質有吸附作用，截留率高；
③其他高分子溶質存在，使截留率增大；
④操作條件：當PH=PI時，蛋白質截留率Ro高；溫度升高，Ro降低。
7、電滲析的基本原理：P139
註：自己看書結合圖示總結
第七章 吸附與離子交換
1、吸附：是指溶質從液相或氣相轉移到固相的現象。P154
2、活性炭：是一種非極性吸附劑，在水中的吸附能力大於在有機溶劑中的吸附能力。針對不同類型的物質，具有一定的規律性：①對極性基團多的化合物的吸附力大於極性基團少的化合物；②對芳香族化合物的吸附能力大於脂肪族化合物；③對相對分子質量大的化合物的吸附能力大於相對分子質量小的化合物。P156
3、大孔網狀吸附劑：是一種非離子型共聚物，是藉助於范德華力從溶液中吸附各種有機化物質。具有選擇性好、解析容易、機械強度高、使用壽命長、流體阻力較小、吸附質容易脫附、吸附速度快等優點。P157
4、離子交換劑的構成：網路骨架(具有三維空間立體結構)、活性基團和可交換的離子（與網路骨架帶相反電荷）構成。P158
5、交換容量：是表徵離子交換劑交換能力的主要的參數，是單位質量的乾燥離子交換劑或單位體積的濕離子交換劑所能吸附的一價離子的毫摩爾數（mmol）。P158
6、影響交換速度的因素：P164
⑴顆粒大小：顆粒減小無論對內部擴散控制或外部擴散控制的場合，都有利於交換速度的提高；
⑵交聯度：交聯度越低樹脂越易膨脹，在樹脂內部擴散越容易，當內擴散控制時，降低樹脂交聯度，能提高交換速度。樹脂交聯度大，樹脂孔徑小，離子運動阻力大，交換速度慢；
⑶溫度：溶液溫度提高，擴散速度加快，交換速度也增加；
⑷離子的化合價：離子化合價越高，離子和樹脂骨架間的庫侖力越大，擴散速度越小；
⑸離子的大小：小離子的交換速度比較快；
⑹攪拌速度：當液膜控制時，增加攪拌速度會使交換速度增加，但增大到一定程度後再繼續增加轉速，影響就比較小；
⑺溶液濃度：當溶液濃度為0.001mol/L時，一般為外擴散控制，當溶液濃度增加時，交換速度也按比例增加。當濃度達到0.01mol/L左右時，濃度再增加，交換速度增加的較慢。此時內擴散和外擴散同時起作用，當濃度繼續增加，交換速度達到極限值後就不再增大，此時已轉變為內擴散控制。
7、影響離子交換選擇性的因素：P165
⑴水合離子半徑：半徑越小，親和力越大；
⑵離子化合價：高價離子易於被吸附；
⑶溶液PH：影響交換基團和交換離子的解離程度，但不影響交換容量；
⑷離子強度：越低越好；
⑸有機溶劑：不利於吸附；
⑹交聯度、膨脹度、分子篩：交聯度大，膨脹度小，篩分能力增大；交聯度小，膨脹度大，吸附量減少；
⑺樹脂與粒子間的輔助力：除靜電力以外，還有氫鍵和范德華力等輔助力。
第八章 色譜分離技術
1、阻滯因素：又稱遷移率，是指一定條件下，在相同的時間內某一組分在固定相移動的距離與流動相本身移動的距離之比值，常用Rf(Rf≤1)表示。P177
2、正向色譜：是指固定相的極性高於流動相的極性，在這種色譜過程中，非極性分子或極性小的分子比極性大的分子移動速度快，先從柱中流出來；
反向色譜：是指固定相的極性低於流動相的極性，在這種色譜過程中，極性大的分子比極性小的分子移動的速度快，而先從柱中流出。P179
3、色譜法的分類：根據分離原理的不同分類 P181
可以分為：吸附色譜、分配色譜、離子交換色譜、凝膠過濾色譜、親和色譜等。
4、顯色的方法：P189
⑴碘蒸氣顯色；⑵紫外線顯色；⑶噴霧顯色。
5根據載體多糖種類的不同，多糖基離子交換劑可分為：P197
①離子交換纖維素；②離子交換葡聚糖；③離子交換瓊脂糖。
6、親和色譜原理：P206
將一對能可逆結合和解離生物分子的一方作為配基(配體)，與具有大孔徑、親水性的固相載體相偶聯、製成專一的親和吸附劑，再用此親和吸附劑填充色譜柱，當含有被分離物質的混合物隨著流動相流經色譜柱時，親和吸附劑上的配基就有選擇地吸附能與其結合的物質，而其他的蛋白質及雜質不被吸附，從色譜柱中流出，使用適當的緩沖液使被分離物質及配基解吸附，即可獲得純化的目的產物。
7、蛋白質A來源於金黃色葡萄球菌，蛋白質G分離自G群鏈球菌。P208
8、輔酶和磷酸腺苷：某些酶（如脫氫酶和激酶）需要在輔酶存在的情況下才能表現出催化活性，即輔酶能與脫氫酶和激酶之間通過親和作用相互結合，因此這些輔酶可用作脫氫酶和激酶的親和配基。P208
9、活化：載體上的化學基團是不活潑的，不能與配基直接偶聯，通過化學反應使介質上化學基團處於活化狀態。P211
10、洗脫方法：⑴特異性洗脫；⑵非特異性洗脫。P219
第九章 離心技術
1、離心機的轉子的類型：有甩出式水平轉子、角轉子、垂直轉子、（區帶轉子、細胞洗脫轉子、分析轉子）等。P237
2、計算：
①懸浮微粒在重力場中重力沉澱速度Vg的計算公式：P233 9-4
②例題9-1
③料流量Q的計算公式：P244 9-19
④例題9-3
⑤註：ω=2πn／60
第十章 濃縮、結晶與乾燥
1、蒸發濃縮：是利用加熱的方法使溶液中的一部分溶劑（通常為水）汽化後除去，得到含較高濃度溶質的一種操作過程。P267
2、結晶：是溶液中的溶質在一定條件下因分子有規則的排列而結合成晶體的過程，它是溶質提純和得到固體顆粒的一種方法。P281
3、結晶的一般步驟：
⑴過飽和溶液的形成；⑵晶核產生；⑶晶體生長。
4、二次成核：已被認為是晶核的主要來源，其中起決定作用的兩種機理為：液體剪應力成核和接觸成核。P283
5、噴霧乾燥：是利用霧化器將料液(含水50％以上的溶液、懸浮液、漿狀液等)噴成霧滴分散於熱氣流中，使水分迅速蒸發而成為粉粒狀乾燥製品的一種乾燥方式。P302
6、冷凍乾燥：又稱升華乾燥，是指將待乾燥物快速凍結後，再在高真空條件下將其中的冰升華為水蒸氣而去除的乾燥方法。由於冰的升華帶走熱量使凍干整個過程保持低溫凍結狀態，有利於保留一些生物樣品(如蛋白質)的活性。

❺ 生物分離工程可分為幾大部分，分別包括哪些單元操作

全書共十章，包括發酵液的預處理、細胞的分離、沉澱、萃取、膜技術、吸附與離子交換、色譜技術、離心、生物產品的濃縮結晶與乾燥等生物產品分離純化過程所涉及的全部技術內容。本書通俗易懂、深入淺出，可讀性較強。

本書可作為高等院校相關專業本科生的教材，也可供從事生物分離工程工作及研究的有關人員參考。

前言

第一章 緒論

第一節 生物分離工程的性質、內容與分類

一、生物分離工程的性質

二、生物分離工程的研究內容

三、生物分離過程的分類

第二節 生物分離工程的一般流程

一、發酵液的預處理

二、產物的提取

三、產物的精製

四、成品的加工處理

五、生物分離純化工藝過程的選擇依據

第三節 生物分離過程的特點

一、生物分離過程的體系特殊

二、生物分離過程的工藝流程特殊

三、生物分離過程的成本特殊

第四節 生物分離工程的發展趨勢

一、生物分離工程的發展趨勢

二、生物分離工程研究應注意的問題

思考題

第二章 發酵液的預處理

第一節 發酵液預處理的方法

一、發酵液的一般特徵

二、發酵液預處理的目的和要求

三、發酵液預處理的方法

第二節 發酵液的過濾，

一、發酵液過濾的目的

二、影響發酵液過濾的因素

三、發酵液過濾的方法

四、提高過濾性能的方法

五、過濾介質的選擇

六、過濾操作條件優化

七、過濾設備

思考題

第三章 細胞分離技術

第一節 細胞分離

一、過濾

二、離心沉降

第二節 細胞破碎

一、細胞壁的結構

二、細胞破碎動力學

三、細胞破碎的方法

第三節 胞內產物的溶解及復性

一、包含體及其形成

二、包含體的分離和溶解

三、蛋白質復性

思考題

第四章 沉澱技術

第一節 概述

第二節 蛋白質表面性質

一、蛋白質表面的親水性和疏水性

二、蛋白質表面的電荷

三、蛋白質膠體的穩定性

第三節 蛋白質沉澱方法

一、鹽析法

二、有機溶劑沉澱法

三、等電點沉澱法

四、非離子多聚物沉澱法

五、變性沉澱

六、生成鹽類復合物的沉澱

七、親和沉澱

八、SIS聚合物與親和沉澱

第四節 沉澱技術應用

一、蛋白質

二、多糖

三、茶皂甙純化工藝研究

四、杜仲水提液中氯原酸的提取

思考題

第五章 萃取技術

第一節 基本概念

一、萃取的概念、特點及分類

二、分配定律

三、分配系數、相比、分離系數

第二節 液液萃取的基本理論與過程

一、液液萃取的基本原理

二、液液萃取類型及工藝計算

第三節 有機溶劑萃取

一、有機溶劑萃取分配平衡

二、影響有機溶劑萃取的因素

三、有機溶劑萃取的設備及工藝過程

第四節 雙水相萃取

一、雙水相體系的形成

二、相圖

三、雙水相中的分配平衡

四、影響雙水相分配系數的主要因素

五、雙水相萃取的設備及工藝過程

第五節 液膜萃取

一、液膜及其分類

二、液膜萃取機理

三、液膜分離操作

四、乳化液膜分離技術的工藝流程

五、液膜分離過程潛在問題

六、液膜分離技術的應用

第六節 反膠團萃取

一、膠團與反膠團

二、反膠團萃取

三、反膠團制備

四、反膠團萃取的應用

第七節 液固萃取

一、液固萃取過程

二、液固萃取類型

三、浸取的影響因素

四、浸取的其他問題

五、浸取的工業應用

第八節 超臨界流體萃取

一、超臨界流體

二、超臨界流體萃取

三、超臨界萃取的實驗裝置與萃取方式

四、超臨界流體萃取條件的選擇

五、超臨界流體萃取的基本過程

六、超臨界流體萃取的應用實例

第九節 萃取技術應用及研究進展

一、雙水相萃取技術應用及研究進展

二、液膜萃取技術應用及研究進展

三、反膠團萃取技術應用及研究進展

四、超臨界流體萃取技術應用及研究進展

思考題

第六章 膜分離過程

第一節 概述

一、膜分離過程的概念和特徵

二、膜過程分類

三、分離膜

第二節 壓力驅動膜過程

一、反滲透和納濾

二、超濾和微濾

第三節 電推動膜過程——電滲析

一、電滲析的基本原理

二、電滲析傳遞過程及影響因素

三、電滲析膜

四、應用

第四節 膜接觸器——膜萃取

一、膜萃取的基本原理

二、膜萃取的傳質過程

三、膜萃取過程影響因素

四、應用

第五節 其他膜分離過程

一、濃差推動膜過程——滲透蒸發

二、溫差推動膜過程——膜蒸餾

第六節 膜分離過程裝置

一、濾筒式膜組件

二、板框式膜組件

三、螺旋卷式膜組件

四、管式膜組件

五、毛細管式膜組件

六、中空纖維式膜組件

思考題

第七章 吸附與離子交換

第一節 概述

一、吸附過程

二、吸附與離子交換的特點

第二節 吸附分離介質

一、吸附劑

二、離子交換劑

第三節 吸附與離子交換的基本理論

一、吸附平衡理論

二、影響吸附的主要因素

三、離子交換平衡理論

第四節 基本設備與操作

一、固定床吸附操作

二、移動床吸附器

三、膨脹床吸附操作

四、流化床吸附操作

五、吸附器凈化效率的計算與選擇

思考題

第八章 色譜分離技術

第一節 色譜分離技術概述

一、色譜技術的基本概念

二、色譜法的分類

三、色譜系統的操作方法

第二節 吸附色譜法

一、吸附色譜基本原理

二、吸附薄層色譜法

三、吸附柱色譜法

第三節 分配色譜法

一、基本原理

二、分配色譜條件

三、分配色譜基本操作

四、分配色譜法的應用

第四節 離子交換色譜法

一、離子交換色譜技術的基本原理

二、離子交換劑的類型與結構

三、離子交換劑的理化性能

四、離子交換色譜基本操作

五、離子交換色譜的應用

第五節 親和色譜

一、親和色譜概述

二、親和色譜原理

三、親和色譜介質

四、親和色譜介質的制備

五、親和色譜的操作過程

六、影響親和色譜的因素

第六節 色譜分離技術的應用

一、親和色譜的應用

二、離子交換色譜的應用

三、吸附色譜的應用

四、分配色譜的應用

五、多種色譜技術的組合應用

思考題

第九章 離心技術

第一節 離心分離原理

一、離心沉降原理

二、離心過濾原理

第二節 離心分離設備

一、離心分離設備概述

二、離心沉降設備

三、離心過濾設備

四、離心分離設備的放大

第三節 超離心技術

一、超速離心技術原理

二、超速離心技術分類

三、超速離心設備

第四節 離心技術在生物分離中的應用

一、離心技術在生物分離應用中的注意事項

二、離心分離的優缺點

三、離心機的選擇

四、離心在生物分離中的應用

思考題

第十章 濃縮、結晶與乾燥

第一節 蒸發濃縮工藝原理與設備

一、蒸發濃縮工藝

二、蒸發濃縮設備

第二節 結晶工藝原理和設備

一、結晶操作工藝原理

二、結晶設備

第三節 乾燥工藝原理與設備

一、乾燥工藝原理

二、乾燥設備

思考題

❻ 求教科書生物分離工程(生物工程下游技術) 中 分離科學作用 謝謝

現代分離科學理論框架的研究
耿信篤, 張養軍
(西北大學 現代分離科學研究所ö 現代分離科學陝西省重點實驗室, 陝西 西安 710069)
摘要: 分離科學是研究物質在分子水平上的空間分布和移動規律的一門科學。如果這一看法是正確
的話, 那麼, 分離科學理論就應該有一個能將各種分離技術原理及支持這些原理的共同理論, 即分
離科學理論框架。既然分離科學是從分子在空間遷移和分布規律的全過程來設計的, 該理論必然要
涉及到溶質分子在流體中的空間遷移和分布, 就必須了解在體系中組分的宏觀性質。即①分離過程
中的熱力學; ②溶質的遷移和擴散, 因為目前絕大多數組分的分離是在界面(特別是液2固界面)上
完成的, 這就是③分離過程中發生在界面上的計量置換。然而要從微觀上深入了解物質能夠被分離
的實質便是④平衡分離的分子學基礎及⑤疏水效應。在了解了物質的微觀、宏觀性質及遷移規律
後, 如何才能使分離進行得更好, 這便是⑥分離過程中的最優化和選擇分離方法時必須對各種分離
方法的特點有所了解的, ⑦分離方法的簡介和比較。上述七部分內容應當成為現代分離科學的理論
骨架。
關 鍵 詞: 分離科學; 熱力學; 溶質計量置換保留理論; 疏水效應; 分離方法; 最優化; 理論骨架
中圖分類號:O 651 文獻標識碼:A 文章編號: 10002274Ò (2002) 0520433205
從幾千年前我國的煉丹術、釀酒術發展到近一
個世紀以來, 出現了多種分離技術或分離方法。特別
是近年來, 由於精細化工、生命科學和材料科學等新
興學科的發展, 加之計算機和現代分離手段的廣泛
應用, 促使這些新的分離方法的理論日臻完善, 技術
水平不斷提高。遺憾的是, 多年來, 這些分離方法各
自討論其分離原理, 如色譜中就有分配、吸附、離子
交換、反相和疏水色譜等, 故有關分離理論方面的內
容均分散在一些分離方法和其他學科之中。雖然國
外也出版過幾本有關「分離方法」的書, 但其只是以
各個「分離方法」為主體分別進行闡述, 對於「分離方
法」的基礎理論及各個「分離方法」之間的聯系卻涉
及甚少。1973 年, B. L. Karger 等 3 人出版了「A n
In t roct ion to Separat ion Science」一書[ 1 ]
, 雖然講
述分離科學的理論部分不超過全書 1ö 3 的篇幅, 然
而他們的貢獻是首次提出了「分離科學」這個概念。
1991 年, 理論色譜學家 J. C. Giddings 寫的「A
U n if ied Separat ion Science」一書, 用化學勢場和流
這兩個各種分離方法共有的參數為紐帶, 將原來似
乎毫無關系的、分散在各種分離方法中的分離原理
統一在一起討論, 並稱其為統一的分離科學[ 2 ]
。隨著
高技術產業的出現, 特別是生物工程和生物技術及
材料科學的發展, 迫切要求提供更先進、更優化的分
離方法。一些國家和地區, 如美國的加州早在7 年前
就成立了分離科學協會, 其年會規模逐漸擴大, 現已
發展成一個國際性的年會, 還有《專門分離科學》、
《分離科學》及《分離工程雜志》出版, 表明分離科學
作為一個獨立的科學分支正在形成和發展。
既然分離科學是一個獨立的科學分支, 就必然
有其支撐的理論, 有一個能支持各種分離方法, 至少
是絕大多數的現代分離技術原理的基本理論。1990
年, 筆者之一出版了《現代分離科學理論導引》一
書[ 3 ]
, 對此問題進行了探索, 又經過 10 年的探索和
實踐, 對原書作了大幅度的修改, 並增加了新的內容
和章節。最近, 該書已經被教育部研究生辦公室推薦
為研究生教學用書, 並由高等教育出版社出版[ 4 ]
。在
該書前言中首次提出了現代分離科學理論框架的論
點。然而, 分離科學作為科學的一個獨立分支, 是一
個不斷發展和壯大的學科, 理論也在不斷發展豐富,
內容也愈來愈豐富。所以,「現代分離科學理論框
架」到底應該包括那些內容, 仍是一個值得進一步探
討的學術問題。
無論是什麼分離方法和多麼新的分離工藝, 都
是在研究物質在分子水平上的空間分布和移動規
律, 以及如何更好地實現這一目標。如果這一看法正
確的話, 那麼, 現代分離科學理論就應該是為解決這
一問題而所必須的理論基礎。
1 分離過程中的熱力學
分離過程必然伴隨著一種或幾種組分的定向移
動以達到分離和濃集的目的, 所以分離過程是一個
組分在空間的再分配過程, 這就存在著一個哪些組
分能夠在空間被濃集和哪些組分不能夠被濃集, 以
及能夠在空間被濃集到什麼程度這樣兩個問題。分
離過程中的熱力學就是為了判斷這一過程的方向,
確定它的限度以及研究如何運用熱力學知識以促使
某個或某些組分向我們期望的方向移動, 實現最大
限度的分離和濃集等有關理論及計算問題。分離過
程中所遇到的某些熱力學的基本要點, 則一定會涉
及到相間的分配平衡、在分離過程中作為分子移動
驅動力的外加場作用下的平衡、相平衡、分配平衡、
氣2液平衡熱力學及溶液模型等方面的理論, 以及如
何將熱力學第一和第二定律應用到密閉和開放的體
系中和運用化學勢概念來解決問題。化學勢是分離
過程中各個組分分離的驅動力, 盡管絕大多數的分
離是在外加場存在下實現的, 但這些外加場都可以
換算成化學勢並使其成為總化學勢的一部分。活度
系數及標准態是描述該過程中兩個很重要的概念,
在應用時容易出現差錯, 所以必須引起重視。平衡概
念是描述分離過程應用最多的概念, 其中相平衡原
理被用來描述單組分、雙組分及 3 組分相圖以及如
何將這些相圖應用於簡單組分的分離。分配平衡主
要涉及氣2固、液2固和氣2液 3 種平衡, 常用吸附等
溫線對其過程進行描述和表徵。由於這3 種平衡不
涉及化學反應, 因此被稱之為第一類化學平衡, 而涉
及到利用化學反應進行分離的叫作第二類化學平
衡, 這類平衡在分離過程中亦經常遇到。溶液行為模
型是在研究氣2液分離過程中的理論時經常遇到的
問題, 該模型涉及到對氣相和液相(理想溶液、真實
溶液和正規溶液)中的某些熱力學參數(包括過剩熱
力學參數在內)的處理。
2 分離過程中溶質在兩相界面上的計
量置換
以往的分離方法中, 在涉及相分離時, 往往只涉
及溶質在兩相間的分配系數和化學勢差等概念, 而
很少涉及相界面過程和這些過程對分離所作出的貢
獻。對於溶質在兩相界面上行為的處理, 涉及到近年
來才提出的計量置換的概念[ 5 ]
。計量置換的提出, 實
質上是基於物理學中「能量守恆」和「一個空間不能
同時容納兩個物體」的兩個基本原理, 這一概念對於
許多科技工作者來講並不陌生。例如, 離子交換時,
在某一離子被交換劑吸留的同時, 交換劑上即會釋
放出等當量的同電荷符號的另一離子。這就是計量
置換的一個廣為人知的事例。隨著科學技術的發展,
現已知道, 計量置換可發生在其他許多埸合。例如,
某組分在相間分離過程中, 從 Α相進入 Β相(或表面
或內部)時可能置換的是 Β相中的溶劑分子(如果 Β
相是液相的話)。研究這樣的置換過程, 即研究組分
從一相進入另一相時, 在相界面上發生了什麼過程,
其組分如何在界面上進行遷移, 而相應的能量又是
如何變化, 如何將計量置換用於組分分離的宏觀和
微觀變化, 對了解分離機理和提高分離效果是十分
重要的。因為組分可在液2固、液2液、氣2液相間進行
分離, 特別是液2固和液2液相間分離用得最多。所
以, 深入了解組分在相界面上遷移時所產生的化學
勢突躍及其伴隨的計量置換過程必將對組分的分離
有益。液固相界面上的計量置換, 包括新概念的定
義、物理及化學理論基礎、計量置換模型的建立及其
在物理化學、生物化學、基因工程和色譜分離中的應
用。它指出了分離過程中, 在相界面上發生的基本過
程——溶質與置換劑(在許多情況下是溶劑)分子間
的計量置換關系。這種關系建立在體系中溶質、置換
劑和吸附劑分子間的多種熱力學平衡和計量置換這
一概念的基礎上, 從建立理論模型到引用一些數據
對模型進行檢驗以及通過液2固體系中溶質的計量
置 換 吸 附 理 論, 從 理 論 上 推 導 出 朗 格 繆 爾
(L angm u ir)及弗侖德利希(F reundlich)公式並與之
進行比較, 表明該理論更具有指導意義。因為該理論
是在多個熱力學平衡的基礎上推導的, 具有堅實的
理論基礎。另外, 該理論中的參數皆具有明確的物理
意義, 這些都對它的應用以及對一些現象的解釋奠
定了基礎。現在, 該理論已經用於對液2液分配等溫線的預計和對液相色譜中的溶質保留機理和反相液
相色譜中溶質保留過程的熱力學的研究。經檢驗該
理論, 還可用於除尺寸排阻色譜以外的各類色譜以
及沉澱表面吸附過程。其計量參數既可以用來研究
生物大分子的構象變化, 也可用於蛋白質折疊過程
中自由能的測定, 還可用於表徵色譜中作用力的類
型和溶劑強度。由於從熱力學角度對柱相比的定義
和准確測定, 使熱力學的研究可以更深入地進行。有
關溶質計量置換理論的發展及其應用已有詳盡的綜
述[ 6 ]
。
3 溶質的遷移與擴散
溶質在空間的再分配一定涉及到溶質分子的遷
移, 即在外加埸或內部化學勢作用下向預定的、趨向
於平衡的方向移動。與此同時, 分子又不可避免地要
隨機運動, 而且總是由高濃度向四周的低濃度區擴
散, 使分離開的溶質趨向於混合, 所以擴散是分子的
隨機運動, 沒有確定方向。遷移是提高分離度和濃集
所必需的, 因而應設法增強, 而擴散則相反, 是阻礙
分離和濃縮的, 所以應設法使其減弱直至最小。為
此, 必須了解在不同介質和不同分離體系中組分遷
移和擴散的基本性質和運動規律, 特別是與分離體
系密切相關的定量關系應有所了解, 以便對選擇分
離體系的最優化條件有所幫助。溶質的遷移與擴散
應包括分離過程中動力學方面的問題。將機械運動
與 1 mo l 分子遷移進行比較, 以經典的牛頓力學推
導出分子遷移規律——費克(F ick ) 第一和第二定
律。通過對費克第二定律求解, 可以得出在理想條件
下溶質帶遷移過程中的遷移模式——高斯濃度分布
曲線。在此基礎上便能理解在氣體、電解質溶液、在
流和在填充柱中的遷移與擴散規律以及遷移方程的
物理意義, 並且還可描述分離速度、摩擦系數及分子
參數之間的關系[ 7, 8 ]
。這些都是描述帶的形成與擴散
不可缺少的一個重要組成部分。另外, 高斯帶、統計
矩、隨機過程、理論板高以及在洗脫系統中的板高,
是加深理解對帶的遷移和擴散不可缺少的概念, 也
可促進對分離方法的優化研究。而且, 可以不用「理
論塔板」概念, 完全從理論上推導出洗脫曲線的形狀
及板高, 這些都有利於從理論高度對分離過程的模
擬和理解。了解帶的擴展機理, 計算分離度——峰容
量, 對如何提高分離度也十分有用。除了理想狀態
外, 非理想條件下的非高斯帶和穩態帶的特性及其
數學表達式, 也是組成分離科學理論的重要問題之
一。
4 平衡分離的分子學基礎
在利用熱力學方法及有關參數來處理和選擇分
離的最佳條件時, 有時會遇到分離系統中的一些參
數, 如溫度、壓力、組成等不總是隨時都可知道的。這
樣, 就有必要對確定分配系數大小的基礎——分子
間相互作用力[ 1 ]
進行深入地了解, 以便選擇最佳分
離條件。在許多情況下, 這些分子間的相互作用力又
與它們的分子結構、環境條件等因素有關, 因此從分
子結構的觀點闡明溶質在兩相間的分配規律, 並從
分子間的相互作用力得出溶解度參數及擴展的溶解
度參數的概念[ 9 ]
、計算方法、從分子水平描述帶擴展
機理(色譜動力學)以及它們在分離科學中的應用
等, 是這部分討論的目的。平衡分離的分子學基礎著
重從分子間相互作用力的分類、性質、作用力的大小
計算入手, 對這些作用力與分子結構間的關系以及
結構與分離性質之間的關系進行討論, 這部分的內
容包括經典的赫爾德布蘭德(H ildeb rand)的溶解度
參數概念、計算方法以及擴展的溶解度參數理論。這
樣, 就可以給出色散溶解度參數、誘導偶極和定向溶
解度參數和氫鍵溶解度參數的表達式及實驗測定方
法。將這些參數用於描述液相色譜溶質保留行為, 形
成了擴展溶解度參數理論, 依次可以解釋各類色譜
的實質性問題。另外, 馬丁方程的分子學基礎及熔化
熵、弗勞瑞—休金斯(F lo ry2 Huggin s)方程[ 10, 11 ]
及分
配系數對溫度的依賴關系的討論, 以及平衡分離的
分子學的其他概念, 能使分離過程中出現的許多現
象與分子間的作用力及分子結構相互聯系起來, 並
能運用這方面的知識設計最優化分離方案, 以期得
到最佳的分離效果。
5 疏水效應
凡是涉及到有水溶液相存在的分離, 如液2固、
液2液分離都涉及到水溶液。為了研究在此條件下分
離過程的本質, 特別是研究生物大分子的分離過程,
必須了解「疏水效應」 (hydrophob ic effect) , 或「疏水
相互作用」 (hydrophob ic in teract ion, 簡寫為H I)等
概念。那麼, 什麼是「疏水效應」 ? 什麼是「疏水相互
作用」呢? 迄今還無公認的定義。顧名思義, 這是與
水溶液有關的一種特殊現象。人的生命離不開水, 人
體的生化過程幾乎全是在體液(水溶液)中進行的。這些生化過程包括生物大分子的構象變化、蛋白折
疊、 酶與底物的結合、幾條支鏈結合形成多支鏈的
酶、生物大分子高度凝聚形成的生物膜等, 而這些過
程的發生主要是在疏水相互作用力驅動下進行的。
因為分離科學不僅要從宏觀上研究溶質間相互分離
的程度(即純度)及回收率, 而且要考慮到分離過程
中分子構象是否發生了變化(即微觀變化)和引起宏
觀及微觀變化的原因, 所以這不僅涉及到具有生物
活性的生物大分子的分離和純化, 而且涉及到小分
子的分離機理。疏水相互作用力, 簡稱疏水力, 它不
是討論分子間的相互作用力, 主要是討論吸附力, 是
討論溶劑對溶質的作用。確切地說, 是溶劑分子對溶
質分子產生的推力, 與分離過程中的分子平衡研究
對象相同, 屬微觀過程, 但這種微觀過程的變化又會
引起宏觀熱力學量的改變。
從以上所述可知, 疏水相互作用是與范德華力
有關但又不完全相同的一種作用力。基於這一概念,
在現代科技及現代分離科學中十分重要但又不很成
熟的這一特點, 應著重掌握疏水相互作用的基本概
念、基本方程及稀溶液中的疏水相互作用, 並通過標
准遷移自由能及復雜相間溶質遷移的標准化學勢計
算, 理解標准遷移化學勢的計算方法。還應了解有關
疏水相互作用的一些名詞的含意、了解疏水相互作
用大小、對式疏水相互作用、完全成對的相關函數、
溶劑對疏水相互作用自由能的影響和二聚平衡等簡
單過程中的熱力學函數的測定和計算。多質點間的
疏水相互作用是建立在對式疏水相互作用基礎之上
的, 質點數為m 時, 疏水相互作用的近似測量方法
是為了解從簡單溶質到蛋白質的疏水相互作用這一
橋梁作用的理解。另外, 還需了解微胞水溶液中的疏
水相互作用及人工合成和生物聚合物中的疏水相互
作用以及疏水相互作用對溫度和壓力的依賴性, 這
對於了解蛋白質分離過程中分子構象變化及失活的
本質的研究十分重要。疏水相互作用對溫度和壓力
的依賴關系和實驗及測量方法奠定了該理論的基
礎, 同時亦能提高對文獻中的錯誤概念、數據可靠性
的判斷能力。
6 對分離方法的科學分類
以上是從熱力學、動力學以及分子學的基礎上
對分離科學的理論框架進行論述的, 其最終目的是
要對分離過程進行優化, 對分離方法進行有效的選
擇, 這就涉及到分離科學中的分類和優化問題。分類
學是一門獨立的科學, 從研究化學元素周期表對發
現新的化學元素就是一個很好的例證, 表明了分類
學對科學的貢獻。分離方法曾有過多種分類。但是,
以Giddings
[ 2 ]
提出的以化學勢和流兩個因素進行分
類最為科學。通過比較各類分離方法的相似點及不
同點, 探索出各種分離方法之間的內在聯系並尋找
出分離科學中普遍存在的規律, 從而將多年來分散
在各個學科和技術領域中的, 表面上看來似乎毫無
聯系的各類分離方法, 以這種化學勢和流兩個因素
將其聯系起來進行討論和比較, 為創立新的分離方
法和分離科學(最優化中選擇分離方法)奠定了基
礎。了解各種分離方法的內在聯系和描述這種內在
聯系的數學表達式, 深刻理解在外加場存在下的無
流(靜態)分離法——電泳和沉降的特性, 穩態流中
的二相分離——萃取和有關方法, 流的輔助分離作
用即平行流分離——淘析、超濾、區帶熔融和有關方
法以及垂直流分離——場級分流、色譜和有關方法。
7 分離科學中的優化
分離科學中的最優化就是如何在最短的時間
內, 用最低的消耗以獲得最佳的分離效果, 獲得一個
能表徵各類分離方法的統一的優化模型, 這是一個
迄今尚未解決的問題。它涉及到一個分離體系的優
化目標, 又涉及到多方面的局部優化, 如分離方法的
選擇、實驗方法的建立、實驗方案中每一單元操作的
優化, 以及各個單元操作之間的最佳組合, 如此等
等。一般說來, 用於分析測試及工業制備對分離最優
化的要求是不完全相同的, 前者因消耗很少, 多以在
追求最佳分離效果的前提下, 以盡可能地縮短分離
時間為主, 輔之以低消耗; 而工業生產上的優化則是
追求最大經濟效益——獲取最高利潤為惟一目的,
故對於後者, 一切分離方法及選擇分離工藝的優化
均以此為基礎。例如刪除一步分離就能達到質量要
求的簡單工藝, 但因成本高工業生產上就不會採納,
而會採納成本很低的, 那怕是多 2～ 3 步的分離方
案。上述事例說明, 既便是局限於分離這一狹窄領域
中的每一個細節, 也難用一個通用的模型來描述其
最優化。分離科學中的最優化是通過對單元分離共
用的、最關鍵的參數進行優化, 輔之以工業上的整體
優化。無論哪一種分離方法, 從原則上講: ①通過增
大外加場; ②減小分離過程中欲分離物質熵的增大;
③加大難分離物質對之間化學勢的差異這 3 個最重
要的因素, 以及通過對這 3 個方面進行協同作用使分離過程達到最優化, 才是達到提高分離效率, 降低
生產成本的至關重要的優化因素。
綜上所述, 分離科學是一門內容極其豐富的學
科, 對於工農業生產和基礎科學研究十分重要。隨著
高技術產業的出現, 特別是生物工程和新材料科學
的發展, 必將對分離科學提出更高的要求和新的挑
戰, 也必然會推動分離科學迅猛發展, 為人類的健康
和幸福作出更大的貢獻。

❼ 華東理工大學生物工程學院的歷史沿革

1955年 抗生素製造工學專業1980年 抗生素製造工學專業調擴為生化工程專業並與生物化學專業合並成立生化工程系1986年 成立食品科學與工程專業 1991年被批准為生物化工博士學位授權點1992年 生化工程系，含三個專業，共七個教科組：生物化學工程專業 生物化學專業 食品科學與工程專業、微生物學教科組、發酵工程教科組、生物分離教科組、生物反應器教科組、應用生物技術教科組、基礎生化教科組、食品工程教科組。生化工程研究所，含六個研究室，一個課題組：動物細胞培養研究室、生物過程檢測與控制研究室、基因工程研究室、離子交換技術研究室、生物分離工程研究室、精密儀器室、ATP課題組。華東生物技術工程公司，含四個部：發酵工程部、分離工程部、電子技術部、工程設計部。1995年 在生化工程研究所的基礎上另成立生物反應器國家重點實驗室、在原基因工程研究室、應用生物技術教科組、基礎生化教科組的基礎上成立生化研究所。1996年 原生化工程學科改名為生物工程學院，生化工程學科被批准為上海市教育委員會重點學科。1997年 在生化工程研究所和國家重點實驗室的基礎上，另成立國家生化工程技術研究中心（上海）。1998年 在生物化學專業的基礎上成立應用生物化學系。1999年 生化工程系改名為生物工程系，生物化工專業改為生物工程專業；應用生物化學系的生物化學專業改名為生物科學專業，並另成立了生物技術專業；同年6月成立了海洋生物化學工程研究所。2001年 國家生化工程技術中心（上海）正式掛牌，生化工程與技術學科通過教育部「211工程」項目驗收，生物工程學科被批准為上海市重點學科。2002年 生物化工學科被批准為國家重點學科。2003年 被批准為發酵工程博士學位授權點2006年 被批准為生化與分子生物學博士學位授權2007年 發酵工程被批准為上海市重點學科2011年「輕工技術與工程」一級學科博士點獲批2012年「輕工技術與工程」博士後科研流動站獲批

❽ 電泳技術在生物分離工程中的地位

早期的電泳技術是由瑞典Uppsala大學物理化學系Svedberg教授提出了荷電的膠體顆粒在電場中移動的現象稱其為電泳。於1937年，收ArneTiselius教授——諾貝爾獎金獲得者，利用些電泳現象，發明了最早期的界面電泳，用於蛋白質分離的研究，開創了電滬泳技術的新紀元。此後，各種電泳技術及儀器相繼問世，先進的電泳儀和電泳技術的不斷發展，使它在生物化學實驗技術中占重要地位，按電泳的原理有三種形式的電泳分離系統：原則上按電泳的原理來分，即移動界面電泳、區帶電泳和穩態電泳或稱置換（排代）電泳。在自由移動界面電泳，是帶電分子的移動速率通過觀察界面的移動來測定，該方法已成為歷史。代之以採用支持介質的區帶電泳。

區帶電泳因所用支持體的種類、粒度大小和電泳方式等不同，其臨床應用的價值也各有差異。固體支持介質可分為兩類：一類是濾紙、醋酸纖維素薄膜、硅膠、礬土、纖維素等；另一類是澱粉、瓊脂糖和聚丙烯醯胺凝膠。由於它們具微細的多孔網狀結構，故除能產生電泳作用外，還有分子篩效應，小分子會比大分子跑得快而使解析度提高。它的最大優點是幾乎不吸附蛋白質，因此電泳無拖尾的現象。低濃度的瓊脂糖電泳相當於自由界面電泳，蛋白質在電場中可自由穿透，陰力小，分離清晰，透明度高，能透過200～7000nm波長的著色區帶的檢測敏感性，為此第一類支持介質現已被第二類支持介質所替代。

穩太電泳或稱置換電泳的特點是分子顆粒的電泳遷移在一定時間後達到穩態，如等電聚焦和等速電泳。

區帶電泳是臨床檢驗領域中應用最廣泛的技術，有重要臨床意義，尤其是其他新技術，更擴大了其應用范圍，提高了檢測技術，現對該技術的現狀與發展作一評述。

一、正確解釋電泳結果，有助於臨床疾病判斷的參考

新鮮血清經電泳後可精確地描繪出患者蛋白質的全貌，一般常見的是白蛋白降低、某個球蛋白區域升高，提示不同的臨床意義。如急性炎症時，可見a1，a2區百分率升高；腎病綜合征、慢性腎小球腎炎時呈現白蛋白下降，a2球蛋白升高，β球蛋白也升高；缺鐵性貧血時可由於轉鐵蛋白的升高而呈現β區帶增高，醫|學教育網搜集整理而慢性肝病或肝硬變呈現白蛋白顯著降低，r球蛋白升高2-3倍，示免疫球蛋白多克隆增高，甚至可見β-r融合的橋連現象，還可在r區呈現細而密的寡克隆區帶；對單一克隆漿細胞異常增殖所產生的無抗體活性均一的免疫球蛋白稱M蛋白的檢測，血清蛋白電泳是其首選的實驗診斷方法。可在電泳區帶的a2-r區呈現緻密而深染，高度集中的蛋白克隆增生區帶，稱其為m蛋白區帶，掃描後形成高而狹窄的單株峰，若些峰在r區其峰高與峰底寬之比>2：1，而由於正常免疫球蛋白合成限製造成背景染色淺。由M蛋白所導致的一組疾病如：多發性骨髓瘤、巨球蛋白血症、重鏈病、游離輕鏈病、半分子病、良性單株丙球血症和雙M蛋白血症等，目前這類疾病已不屬罕見。血清蛋白電泳對這類疾病的早期診斷，療效觀察和預後判斷均有十分重要的意義。

二、電泳技術與免疫技術相結合，大大擴大了其臨床應用的范圍

讓電流來加速抗原與抗體的擴散並規定其運行方向、從而加快了沉澱反應速度。免疫電泳技術的種子類很多，如：對流免疫電泳（CIEP）、火箭免疫電泳（RIE）、電免疫擴散（EID）。在種免疫電泳方法牟基礎上，又不斷地派生出一些新的技術，如：免疫電泳（IEP）技術，1969年Alper與Johnson推薦免疫固定電泳（IFE）是一種包括瓊脂糖凝膠蛋白電泳和免疫沉澱兩個過程的操作，是免疫沉澱反應的一種混合技術，檢測標本可以是血清、尿、腦脊液或其他體液。1976年血清免疫固定電泳（IF）技術再次被推薦，用於M蛋白的分型。血清蛋白質在瓊脂糖凝介質上經電泳分離後，應用固定劑和各型免疫球蛋白及輕鏈抗血清，加於凝膠表面的泳道上，經孵育讓固定劑和抗血清的在凝膠內滲透並擴散後，若有對應的原存在，則在適當位置形成抗原抗體復合物。經染色後蛋白質電泳參考泳道和抗原抗體沉澱區帶被氨基黑著色，根據電泳移動距離分離出單克隆組分，可對各類免疫球蛋白及其輕鏈進行分型。該技術的最大優勢是敏感性達50-150mg/dl，操作周期短，僅需數小時，解析度高，結果易於分析。現最常用於M蛋白的分型與鑒定，已列入臨床實驗室的常規檢測工作。

三、電泳技術進行同工酶譜分析，提高診斷率

1、血清乳酸脫氫酶同工酶（iso-LDH）：測定LDH同工酶有電泳法、離子交換柱層析法、免疫法、抑制劑法和酶切法，但迄今用得取多的仍是瓊脂糖凝膠電泳法。經電泳分離後要分離出五種同工酶區帶，急性必肌梗塞發病後平均6hLDH1即開始升高，LDH1/LDH2≥1為心肌損傷的陽性決定性水平，肝癌時可見LDH5明顯升高，各區帶含量的確定，將經電泳分離後的同工酶譜採用掃描予以定量，其精確度明顯高於用肉眼判斷。

2、血清肌酸激酶同工酶（ISO-CK）；測定CK和CH-MB仍是目前用於證實急性心肌梗塞的道選指標。近年來國內一些單位用免疫抑製法測CK=MB，其原理為抗M亞單位的酶活性，因為正常血清中幾乎無CK=BB，故將此值乘以2可以認為大致代表CK-MB的活性。此法簡單迅速，缺點是特異性差，如患者血清中存在CK-BB或者異常CK時，都將出現假性增高。不少作者報道異常CD-同工酶，一條稱巨CK（Maxro-CK），它是CK-BB與免疫球蛋白的復合物，有IgG亦有IgA，在正常血清中Marco-CK僅佔0.8%-1.6%.另一條稱線粒體CK（CK-MT），CK-MT是結合在肌肉、腦、肝內的線粒體表面，可能是線粒體膜的碎片，在正常血清中CK-MT是不出現的，在心梗時亦不出現，只有當組織極度損傷，由於線粒體和細胞壁極度破壞，方可在血清中檢出。由於Macro-CK和不典型的CK-MT均不能被M抗體所抑制，故當它們出現時，會導致CK-MB高於CK總活力的假性升高。使用電泳方法分離CK-MB，是根據CK-同工酶分子結構不同，醫|學教育網搜集整理在電泳緩沖液中，所帶電荷各異，可以從陰極到陽極將CK不同組份予以分離，其分別為CK-MM，CK-MB和CK-BB.電泳特點是當出現異常2同工酶如巨CKⅠ、巨CKⅡ等，從電泳圖譜上很容易發現，由掃描儀對各條酶進行掃描，報告各條區帶所佔百分比，結合總酶活力，求得區帶的酶省略定值結果。Macro-CK在CK-MM和CK-MB中間，而CK-MT位置靠近陰極端，在CK-MM後面。這樣不會將CK-BB和各種異常同工酶誤認為是CK-MB而誤診，也可解決CK-MB假性增高的錯誤原因所在。為此，CK同工酶電泳是項非常實用的檢驗技術，具有十分重要的臨床意義。

3、CK亞型同工酶：此外，CK-MB和CK-MM亞型測定常採用瓊脂糖凝膠等電聚焦電泳或高壓電泳，由於操作比一般電泳麻煩，故常規常測定尚無法普及。目前引進的自動電泳儀，有試劑盒提供，可作CK亞型分析，參考值：CK-MM1（57.7±4.7）%；CK-MM2為（26.5±5.3）；CK-MM3為（15.8±2.5）%；CK-MM3/CK-MM1比值為0.28±0.05（范圍0.15-0.39），陽性決定性水平>0.5.AMI第一天血中以MM3為主，但第二天以後則以MM1為主。採用電泳法分離CKMB，CKMB1和CKMB2在正常人血中CK-MB2極微，一般比值近似是而非，在急性心肌梗塞後4-6hCKMB2亞型即在血循環中可被檢測到，故MB2/MB1的比例明顯升高，並早於總CK-MB片段的增高。當心肌梗塞緩解後此比便也逐漸下降。也可用於溶栓治療後的病情觀察。

四、結合酶免疫標記抗體技術，檢測腦脊液內寡克隆區帶

曾有作者報道採用二維電泳和銀染進行CSF蛋白質的分離與鑒定，方法繁復，耗時，現採用高解析度瓊脂糖凝膠電泳分離CSF中的蛋白質，並經抗原和辣根過氧化物酶標記的特異性IgG抗體進行反應來鑒定「寡克隆區帶」（OCB），經此酶免疫標記放大技術和顯色步驟，蛋白質濃度達31-125ul/L即可予以檢測，可使檢測靈敏度提高了100倍，這樣腦脊液無須濃縮，避免了在濃縮過程中蛋白質的丟失。可用於證實和分辨OCB免疫球蛋白及其型別。若在腦脊液標本中檢出OCB，而其相應標本中未能檢出區帶，則為陽性，真實地反映是由中樞神經系統本身合成的免疫球蛋白，具有重要臨床意義。它是一種定性檢測，在多發性硬化症時，OCB是一個十分重要的標志物。但須將患者血清和CSF在同一天同步進行分析，以認證不同來源的免疫球蛋白。中樞合成免疫球蛋白是中樞神經系統疾患的一個重要信號，主要用於診斷的鑒別診斷中樞神經系統疾患如：多發性硬化症、痴呆、脊髓炎、付腫瘤性腦炎、神經性梅素等。

五、利用固相內抗原、抗體反應分離脂蛋白（a），用於心、腦知管獨立的危險因子的檢測

該技術是利用抗原、抗體反應將電泳分離的脂蛋白予以鑒別。血清經瓊脂糖凝膠電泳，再經染色後可出現不同脂蛋白的條帶。由於凝膠中脂蛋白等電點不同，不僅可區分a、前β和β區帶，又因介質中含有抗脂蛋白（a）【LP（a）】抗體及陽離子存在，抗LP（a）與患者血清中LP（a）結合形成復合物，陽離子則抑制其他脂蛋白的泳動速度，LP（a）便與其他脂蛋白分離開來，使分辨十分清晰的LP（a）條帶呈現在前β與γ區域之間，將陽性條帶掃描後，可獲得區帶的面積及其百分含量，該方法使電泳技術趨於完美，大大減少了手工操作的弊端，既可予以半定量，又能將膠片保存，便於比較。提高對心、腦血管獨立的危險因子——LP（a）檢測的敏感性和特異性。

六、按分子量大小進行非濃縮尿蛋白電泳，區分尿蛋白類型

尿蛋白電泳可將尿液中各種蛋白質分離用於區分尿蛋白類型，可在無操作的情況下，協助臨床判斷腎臟損傷的部位。國內部分實驗室採用SDS-PAGE盤狀電泳進行尿蛋白分離，該法具有局限性，耗時，操作繁瑣，標本要求高，尿液需預濃縮，不適於臨床實驗室廣泛開展。SDS=AGE電泳不需預濃縮，尿蛋白電泳後呈現出中、高分子量蛋白區，帶主要反應腎小球病變；呈現出低分子量蛋白區帶，可見於腎小管病變及溢出性蛋白尿；混合性蛋白尿則可見到大、中、小各種分子量區帶，示腎小球及腎小管均受累及。掃描儀可對電泳後尿液中蛋白質剖象進行掃描，求出百分比，以顯示腎小球或腎小管損傷程度，其電泳圖譜及掃描圖形可作國資料永載，利於分析比較。醫|學教育網搜集整理該技術的最大進步是尿液不需預濃縮，操作簡便，結果清晰，僅需三小時即可完成試驗，還備有完整的定性標准，易於量化，便於分析，對腎臟疾的診斷，鑒別診斷，指導治療和判斷癒合頗有價值。

近期發展起來的毛細管電泳是一種新型的區帶電泳，又稱毛細管帶電泳。它是在毛細管中裝入緩沖液，在其一端注入樣品，在毛細管兩端加直流高電壓實現對樣品的分離，他離後的樣品依次通過設在毛細管一端的檢測器檢出。毛細管電泳在檢驗醫學中的應用也十分廣泛，從所檢測樣品的來源看可分為尿樣、血漿、血清、腦脊液、紅細胞、其他體液或組織，以及實驗動物活體等。從分離對象看包括蛋白質、多肽、氨基酸、糖、酶、DNA、寡核苷酸、病毒、小和生物活性分子、離子、葯物及其代謝產物等。根據用途可分為臨床疾病診斷、臨床蛋白質分析、臨床葯物分析、代謝研究、病理研究、同工酶分析、PCR產物分析、DNA片段及序列分析等。由於它具有無法比擬的高效和快速性，因而受到越來越多科學家們的重視。

中國的電泳技術起步不算太晚，但由於種種原因，大多數實驗室仍採用較落後的電泳設備。隨著國際、國內科技發展的日新月異和檢驗醫學發展的突飛猛進，電泳技術也在不斷發展和更新，其在臨床醫學和分子生物學領域中有著極其廣泛的應用價值，相信隨著該技術的不斷發展必將越來越受到同道們的青睞。