离子交换生物分离工程

❶ 生物分离工程（生物工程下游技术）在生物工程中起怎么样的作用

生物分离工程是研究生化工业中生物制品分离和纯化的工程技术学科，课程主要讲授传质与生化分离工程的原理和应用，以及生化分离过程中一些主要的分离单元操作和分离工程领域的研究进展及其动态；课程重点讲授发酵液的预处理、细胞破碎、溶剂萃取法、双水相萃取法、反胶束萃取法、凝胶萃取法、超临界流体萃取法、离子交换法、层析分离法、膜分离法、蒸发、结晶和干燥等单元操作原理及其在生物工程技术领域的应用，是生物工程专业主要专业基础课程之一。

❷ 生物分离工程在生物制药中的应用

也得到了迅猛发展。同时还开发和研制了新材料和先进的分离设备及仪器。可以预料，以适应这些分离技术的发展、超滤当前，生物分离技术的研究和开发必将更深入和广泛，在生物技术和生物工程专业中、离子交换层析和疏水层析等）和电泳技术（凝胶电泳，随着生物工程的飞速发展，生物工程占据了显著的地位，膜分离技术（微滤，生物分离工程已成为越来越重要的一门课程，出现了许多适合大分子生化物质（如蛋白质、酶等）分离纯化的新技术。近年来，层析（色谱）技术（凝胶层析、反胶束萃取，随着生物技术产业的更迅速发展、超临界流体萃取，在人们的生产实践和日常生活中起着越来越重要的作用、纳滤和反渗透等），如新型的萃取技术（两水相萃取、等电聚焦电泳等）。因此，在世界高新技术产业中、亲和层析，作为生物工程学科中必不可缺的“下游技术”——生物分离工程、液膜萃取和微波萃取等）

❸ 生物分离工程的图书目录

前言
第一章 绪论
第一节 生物分离工程的性质、内容与分类
一、生物分离工程的性质
二、生物分离工程的研究内容
三、生物分离过程的分类
第二节 生物分离工程的一般流程
一、发酵液的预处理
二、产物的提取
三、产物的精制
四、成品的加工处理
五、生物分离纯化工艺过程的选择依据
第三节 生物分离过程的特点
一、生物分离过程的体系特殊
二、生物分离过程的工艺流程特殊
三、生物分离过程的成本特殊
第四节 生物分离工程的发展趋势
一、生物分离工程的发展趋势
二、生物分离工程研究应注意的问题
思考题
第二章 发酵液的预处理
第一节 发酵液预处理的方法
一、发酵液的一般特征
二、发酵液预处理的目的和要求
三、发酵液预处理的方法
第二节 发酵液的过滤，
一、发酵液过滤的目的
二、影响发酵液过滤的因素
三、发酵液过滤的方法
四、提高过滤性能的方法
五、过滤介质的选择
六、过滤操作条件优化
七、过滤设备
思考题
第三章 细胞分离技术
第一节 细胞分离
一、过滤
二、离心沉降
第二节 细胞破碎
一、细胞壁的结构
二、细胞破碎动力学
三、细胞破碎的方法
第三节 胞内产物的溶解及复性
一、包含体及其形成
二、包含体的分离和溶解
三、蛋白质复性
思考题
第四章 沉淀技术
第一节 概述
第二节 蛋白质表面性质
一、蛋白质表面的亲水性和疏水性
二、蛋白质表面的电荷
三、蛋白质胶体的稳定性
第三节 蛋白质沉淀方法
一、盐析法
二、有机溶剂沉淀法
三、等电点沉淀法
四、非离子多聚物沉淀法
五、变性沉淀
六、生成盐类复合物的沉淀
七、亲和沉淀
八、SIS聚合物与亲和沉淀
第四节 沉淀技术应用
一、蛋白质
二、多糖
三、茶皂甙纯化工艺研究
四、杜仲水提液中氯原酸的提取
思考题
第五章 萃取技术
第一节 基本概念
一、萃取的概念、特点及分类
二、分配定律
三、分配系数、相比、分离系数
第二节 液液萃取的基本理论与过程
一、液液萃取的基本原理
二、液液萃取类型及工艺计算
第三节 有机溶剂萃取
一、有机溶剂萃取分配平衡
二、影响有机溶剂萃取的因素
三、有机溶剂萃取的设备及工艺过程
第四节 双水相萃取
一、双水相体系的形成
二、相图
三、双水相中的分配平衡
四、影响双水相分配系数的主要因素
五、双水相萃取的设备及工艺过程
第五节 液膜萃取
一、液膜及其分类
二、液膜萃取机理
三、液膜分离操作
四、乳化液膜分离技术的工艺流程
五、液膜分离过程潜在问题
六、液膜分离技术的应用
第六节 反胶团萃取
一、胶团与反胶团
二、反胶团萃取
三、反胶团制备
四、反胶团萃取的应用
第七节 液固萃取
一、液固萃取过程
二、液固萃取类型
三、浸取的影响因素
四、浸取的其他问题
五、浸取的工业应用
第八节 超临界流体萃取
一、超临界流体
二、超临界流体萃取
三、超临界萃取的实验装置与萃取方式
四、超临界流体萃取条件的选择
五、超临界流体萃取的基本过程
六、超临界流体萃取的应用实例
第九节 萃取技术应用及研究进展
一、双水相萃取技术应用及研究进展
二、液膜萃取技术应用及研究进展
三、反胶团萃取技术应用及研究进展
四、超临界流体萃取技术应用及研究进展
思考题
第六章 膜分离过程
第一节 概述
一、膜分离过程的概念和特征
二、膜过程分类
三、分离膜
第二节 压力驱动膜过程
一、反渗透和纳滤
二、超滤和微滤
第三节 电推动膜过程——电渗析
一、电渗析的基本原理
二、电渗析传递过程及影响因素
三、电渗析膜
四、应用
第四节 膜接触器——膜萃取
一、膜萃取的基本原理
二、膜萃取的传质过程
三、膜萃取过程影响因素
四、应用
第五节 其他膜分离过程
一、浓差推动膜过程——渗透蒸发
二、温差推动膜过程——膜蒸馏
第六节 膜分离过程装置
一、滤筒式膜组件
二、板框式膜组件
三、螺旋卷式膜组件
四、管式膜组件
五、毛细管式膜组件
六、中空纤维式膜组件
思考题
第七章 吸附与离子交换
第一节 概述
一、吸附过程
二、吸附与离子交换的特点
第二节 吸附分离介质
一、吸附剂
二、离子交换剂
第三节 吸附与离子交换的基本理论
一、吸附平衡理论
二、影响吸附的主要因素
三、离子交换平衡理论
第四节 基本设备与操作
一、固定床吸附操作
二、移动床吸附器
三、膨胀床吸附操作
四、流化床吸附操作
五、吸附器净化效率的计算与选择
思考题
第八章 色谱分离技术
第一节 色谱分离技术概述
一、色谱技术的基本概念
二、色谱法的分类
三、色谱系统的操作方法
第二节 吸附色谱法
一、吸附色谱基本原理
二、吸附薄层色谱法
三、吸附柱色谱法
第三节 分配色谱法
一、基本原理
二、分配色谱条件
三、分配色谱基本操作
四、分配色谱法的应用
第四节 离子交换色谱法
一、离子交换色谱技术的基本原理
二、离子交换剂的类型与结构
三、离子交换剂的理化性能
四、离子交换色谱基本操作
五、离子交换色谱的应用
第五节 亲和色谱
一、亲和色谱概述
二、亲和色谱原理
三、亲和色谱介质
四、亲和色谱介质的制备
五、亲和色谱的操作过程
六、影响亲和色谱的因素
第六节 色谱分离技术的应用
一、亲和色谱的应用
二、离子交换色谱的应用
三、吸附色谱的应用
四、分配色谱的应用
五、多种色谱技术的组合应用
思考题
第九章 离心技术
第一节 离心分离原理
一、离心沉降原理
二、离心过滤原理
第二节 离心分离设备
一、离心分离设备概述
二、离心沉降设备
三、离心过滤设备
四、离心分离设备的放大
第三节 超离心技术
一、超速离心技术原理
二、超速离心技术分类
三、超速离心设备
第四节 离心技术在生物分离中的应用
一、离心技术在生物分离应用中的注意事项
二、离心分离的优缺点
三、离心机的选择
四、离心在生物分离中的应用
思考题
第十章 浓缩、结晶与干燥
第一节 蒸发浓缩工艺原理与设备
一、蒸发浓缩工艺
二、蒸发浓缩设备
第二节 结晶工艺原理和设备
一、结晶操作工艺原理
二、结晶设备
第三节 干燥工艺原理与设备
一、干燥工艺原理
二、干燥设备
思考题
主要参考文献

❹ 请问有没有孙彦所编的《生物分离工程》的课后习题解答或者是分析之类的书

第一章 绪论
P8思考题：1、5、6
1、 生物分离工程：是指从发酵液、酶反应液或动植物细胞培养液中分离、纯化生物产品的过程。P1
2、 生物分离纯化过程的一般流程可分为几大部分?分别包括哪些单元操作？P4
答：一、发酵液的预处理（固液分离）：单元操作：过滤和离心；
二、产物的提取（初纯化）：单元操作：沉淀、吸附、萃取、超滤；
三、产物的精制（高度纯化）：单元操作：层析（包括柱层析和薄层层析）、离子交换、亲和色谱、吸附色谱、电色谱；
四、成品的加工处理：单元操作：浓缩、结晶和干燥；
3、 生物分离工程的特点有哪些？P6
答：①原料液体系非常复杂，杂质含量高，难于分离；②原料液一般为产物浓度很低的水溶液；③原料液抗环境变化能力差，容易变性失活；④分离过程必须保持目标物的生物活性；⑤分离粗产物纯度低，最终产品纯度要求极高，而对与人类生命息息相关的生物产物的质量要求必须达到国家相关标准；⑥常无固定操作方法可循；⑦分离操作步骤多，不易获得高收率；⑧对于基因工程产品，一般要求在密封环境下操作；⑨分离纯化过程代价昂贵，产品回收率低。

第二章 发酵液的预处理
1、 发酵液预处理的方法：P11
按预处理的目的分为：提高过滤速度的方法、改变发酵液性质的方法和杂质去除的方法
具体的方法有：凝集和絮凝、加热法、调节PH法、加水稀释法、加入助滤剂法、加吸附剂法或加盐法、高价态无机离子去除的方法、可溶性杂蛋白质去除的方法、色素及其他杂质去除的方法。
2、 凝集：指在投加的化学物质(如水解的凝集剂、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。P11
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。P12
4、 具体方法中常采用的物质试剂：P14~15
调节PH法：一般采用草酸等有机酸或某些无机的酸碱；
高价态无机离子去除的方法：
①、 Ca2＋的去除：常采用的酸化剂为草酸；
②、 Mg2＋的去除：采用加入磷酸盐，是Mg＋生成磷酸镁沉淀的方法；
③、 Fe3＋的去除：采用加入黄血盐，生成普鲁士蓝沉淀的方法。
5、 影响发酵液过滤的因素：P17
一、 菌种：决定发酵液中各种悬浮粒子的大小和形状；
二、 发酵液黏度：通常发酵液黏度越大，分离速度越慢
影响其因素有：①发酵条件、②放罐时间、③发酵染菌、④发酵液的PH、温度
6、 错流过滤：料液流动方向与过滤介质平行的过滤，常用的过滤介质为微孔滤膜或超滤膜，主要适用于悬浮粒子细小的发酵液，如细菌发酵液的过滤。P18
7、 发酵液的过滤设备：
按过滤的推动力分为：重力式过滤器、压力式过滤器、真空式过滤器和离心式过滤器四种。P23
第三章 细胞分离技术
1、 细胞破碎的方法：P34 根据破碎机理不同，可分为：
⑴机械破碎法：珠磨法、高压匀浆法、超声波破碎法和其他类型的机械破碎法；
⑵物理破碎法：冻融法、低温玻璃化法；
⑶化学渗透法：酸碱法、盐法、表面活性剂处理、有机溶剂法、变性剂法、温和化学渗透剂处理；
⑷酶溶法：降解细胞壁。
2、 变性剂的作用：变性剂（如盐酸胍和脲）的加入，可削弱氢键的作用，使胞内产物相互之间的作用力减弱，从而易于释放。P38
3、 包含体：是聚集蛋白质形成的浓密颗粒（密度达1.3mg/ml），可在光学显微镜下观察到，直径可达μm级，呈无定形或类晶体。
4、 蛋白质复性：又称再折叠，是指变性蛋白质在变性剂去除或浓度降低后，就会自发地从变性的热不稳定状态向热稳定状态转变，形成具有生物学功能的天然结构。P42
复性方法：①稀释与透析复性法、②色谱复性技术、反胶束萃取复性法。
第四章 沉淀技术
1、 沉淀：又称为沉析，是指在溶液中加入沉淀剂使溶质溶解度降低，生成无定形固体从溶液中析出的过程。P48
2、 蛋白质沉淀方法：P51
盐析法、有机溶剂沉淀法、等电点沉淀法、非离子多聚物沉淀法、生成盐复合物法、选择性的变性沉淀、亲和沉淀及SIS聚合物与亲和沉淀等。
3、 盐析：蛋白质在高离子强度溶液中溶解度降低，以致从溶液里沉淀出来的现象。P51
4、 盐析原理：在蛋白质溶液中加入大量中性盐后，破坏蛋白质分子上的亲水基团与水分子作用形成的水化层，夺走水分子，破坏水膜，暴露出疏水区域，同时中和电荷，使颗粒间的相互斥力丧失，布朗运动加剧，导致蛋白质分子相互结合成聚集物而沉淀析出。P51
5、 影响盐析的因素：P52
① 蛋白质种类、②离子类型、③温度和PH、④盐的加入方式、⑤蛋白质的原始浓度。
6、脱盐处理的方法：透析法、超滤及凝胶过滤法。P55
7、有机溶剂沉淀法的原理：P56
一传统观点：在蛋白质溶液中加入丙酮或乙醇等有机溶剂，水的活度降低，水对蛋白质分子表面的水化程度降低，即破坏了蛋白质表面的水化层；另外，溶液的介电常数下降，蛋白质分子间的静电引力增大，从而聚集和沉淀。
二新观点：有机溶剂可能破坏蛋白质的某种键，使其空间结构发生某种程度的变化，致使一些原来包在内部的疏水基团暴露于表面并与有机溶剂的疏水基团结合形成疏水层，从而使蛋白质沉淀，而当蛋白质的空间结构发生变形超过一定程度时，便会导致完全的变性。
第五章 萃取技术
1、萃取：是利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同，用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂所组成的溶液（原料）中提取出来的方法。P64
2、分配定律：在恒温恒压条件下，溶质在互不相溶的两相中分配时，达到分配平衡后，如果其在两相中的相对分子质量相等，则其在两相中的平衡浓度之比为一常数，此常数称为分配常数A，A=c1/c2 P64
3、分配常数在使用时，必须注意满足3个条件：P65
①必须是稀溶液；②溶质对溶剂的互溶度没有影响；③溶质在两相中必须是同一分类型，不发生缔合伙离解。
4、工业上液液萃取的基本过程包括几个步骤：P67
①混合：料液与萃取剂充分混合并形成乳浊液的过程，设备：混合器；
②分离：将乳浊液分开形成萃取相和萃余相的过程，设备：分离器；
③溶剂回收：从萃取相或萃余相中回收萃取剂的过程，设备：回收器。
5、按操作流程划分，液液萃取可分为：P67
①单级萃取，②多级萃取：多级错流萃取和多级逆流萃取。
6、影响有机溶剂萃取的因素：P73
一水相条件的影响：影响萃取操作的因素：主要有PH、温度、无机盐等
①PH ②温度 ③盐析 ④带溶剂
二有机溶剂的选择
三乳化现象：乳化是一种液体分散在另一种不相混合的液体的现象。P75
7、去乳化剂有两种：①阳离子表面活性剂溴代十五烷基吡啶，适用于破坏W/O型乳浊液；
②阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠，易溶于水，微溶于有机溶剂，适用于破坏W/O型乳浊液。P75
8、 聚合物的不相溶性：两种聚合物分子间如存在相互排斥作用，即某种分子的周围将聚集同种分子而非异种分子，达到平衡时，就有可能分成两相，而两种聚合物分别进入一相中的现象。P80
9、在生化工程中得到广泛应用的双水相体系主要是：聚乙二醇-葡聚糖体系和聚乙二醇-无机盐系统。P80
10、液膜分离系统的膜相组成：通常有膜溶剂、表面活性剂、流动载体、膜增强剂构成。P87
11、液膜分类：根据其结构可分为3种 P87
①乳状液膜，②支撑液膜，③流动液膜
12、液膜萃取机理：根据待分离溶质种类的不同，可分为以下几种类型。P89
一单纯迁移：
二促进迁移：
三载体输送：
13、流动载体的选择原则：①溶解性，②络合性，③稳定性。 P92
14、溶胀：是指外相水透过膜进入了液膜内相，从而使液膜体积增大的现象。P94
15、反胶团：若将表面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，便会在有机溶剂内形成聚集体，这种聚集体称为反胶团。P99
16、反胶团的优点：P99
⑴极性“水核”具有较强的溶解能力；
⑵生物大分子由于具有较强的极性，可溶解于极性水核中，防止与外界有机溶剂接触，减少变性作用；
⑶由于“水核”的尺度效应，可以稳定蛋白质的立体结构，增加其结构的刚性，提高其反应性能。
17、反胶团萃取蛋白质的推动力：萃取过程是静电力、疏水力、空间力、亲和力或几种力协同作用的结果，其中蛋白质与表面活性剂性头间的静电相互作用是主要推动力。P100
18、液固萃取的过程：包括润湿、溶解、扩散、和置换，其中置换中浸取的关键在于保持最大的浓度梯度。P103
19、超临界流体特点：P107
⑴在临界点的附近，密度线聚集于临界点周围，压力或温度的小范围变化，就会引起流体密度的大幅度变化；
⑵超临界流体的密度和溶剂化能力接近液体，黏度和扩散系数接近气体，在临界点附近流体的物理化学性质随温度和压力的变化极其敏感，在不改变化学组成的条件下，即可通过压力调节流体的性质；
⑶在临界点附近，会出现流体的密度、黏度、溶解度、热容量、介电常数等所有流体的物性发生急剧变化的现象。
20、超临界流体萃取的原理：P107
它是利用超临界流体(SCF)，即温度和压力略超过或靠近临界温度(Tc)和临界压力（Pc）、介于气体和液体之间的流体，作为萃取剂，从固体或液体中萃取出某种高沸点或热敏性成分，以达到分离和纯化的目的。
21、超临界流体萃取的典型流程有：等温法、等压法和吸附法。P113
第六章 膜分离过程
1、膜分离过程：是用具有选择透过性的天然或合成薄膜为分离介质，在膜两侧的推动力（如压力差、浓度差、电位差、温度差等）作用下，原料液体混合物或气体混合物中的某个或某些组分选择地透过膜，使混合物达到分离、分级、提纯、富集和浓缩的过程。P120
2、膜的功能：①物质的识别与透过；②相界面；③反应场。
3、浓差极化：较高的压力和料液浓度以及缓慢的膜面流速可造成膜表面溶质浓度高于主体浓度，形成高浓度边界层，使料液侧膜面的渗透压升高，有效压差减小的现象。P127
4、凝胶极化：是指在膜分离的过程中，由于溶质受到膜的截留作用，不能完全通过膜，溶质在膜表面附近浓度升高，导致膜两侧的有效压差减少，膜的通透量降低，当膜表面附近的浓度超过溶质的溶解度时，溶质析出，并在膜的表面形成凝胶层的过程。
5、超滤和微滤：是以膜两侧压力差为推动力，以微孔膜为过滤介质，当溶液流过膜表面时，主要利用筛分原理将溶液中的悬浮粒子或大分子物质截留，而使溶剂和小分子物质透过膜，以实现净化、分离与浓缩的膜分离过程。P132
微滤膜：一般为均质膜，膜阻力由总的膜厚度决定，微滤膜相比超滤膜来说孔径较大且孔径分布较均匀，膜孔径为0.05~10µm，截留对象是细菌、胶体以及气溶胶等悬浮粒子；超滤膜：一般为不对称结构，膜的传质阻力主要在表皮层，其厚度仅为1µm或更小，孔径大多在0.005~0.05µm，截留对象是相对分子质量为10³~10^6的溶质。
6、影响截留率的因素：
⑴溶质的分子量；
⑵分子特性：①球形＞带支链＞线性分子；
②对于荷电膜与膜相反电荷分子截留率低，若膜对溶质有吸附作用，截留率高；
③其他高分子溶质存在，使截留率增大；
④操作条件：当PH=PI时，蛋白质截留率Ro高；温度升高，Ro降低。
7、电渗析的基本原理：P139
注：自己看书结合图示总结
第七章 吸附与离子交换
1、吸附：是指溶质从液相或气相转移到固相的现象。P154
2、活性炭：是一种非极性吸附剂，在水中的吸附能力大于在有机溶剂中的吸附能力。针对不同类型的物质，具有一定的规律性：①对极性基团多的化合物的吸附力大于极性基团少的化合物；②对芳香族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物；③对相对分子质量大的化合物的吸附能力大于相对分子质量小的化合物。P156
3、大孔网状吸附剂：是一种非离子型共聚物，是借助于范德华力从溶液中吸附各种有机化物质。具有选择性好、解析容易、机械强度高、使用寿命长、流体阻力较小、吸附质容易脱附、吸附速度快等优点。P157
4、离子交换剂的构成：网络骨架(具有三维空间立体结构)、活性基团和可交换的离子（与网络骨架带相反电荷）构成。P158
5、交换容量：是表征离子交换剂交换能力的主要的参数，是单位质量的干燥离子交换剂或单位体积的湿离子交换剂所能吸附的一价离子的毫摩尔数（mmol）。P158
6、影响交换速度的因素：P164
⑴颗粒大小：颗粒减小无论对内部扩散控制或外部扩散控制的场合，都有利于交换速度的提高；
⑵交联度：交联度越低树脂越易膨胀，在树脂内部扩散越容易，当内扩散控制时，降低树脂交联度，能提高交换速度。树脂交联度大，树脂孔径小，离子运动阻力大，交换速度慢；
⑶温度：溶液温度提高，扩散速度加快，交换速度也增加；
⑷离子的化合价：离子化合价越高，离子和树脂骨架间的库仑力越大，扩散速度越小；
⑸离子的大小：小离子的交换速度比较快；
⑹搅拌速度：当液膜控制时，增加搅拌速度会使交换速度增加，但增大到一定程度后再继续增加转速，影响就比较小；
⑺溶液浓度：当溶液浓度为0.001mol/L时，一般为外扩散控制，当溶液浓度增加时，交换速度也按比例增加。当浓度达到0.01mol/L左右时，浓度再增加，交换速度增加的较慢。此时内扩散和外扩散同时起作用，当浓度继续增加，交换速度达到极限值后就不再增大，此时已转变为内扩散控制。
7、影响离子交换选择性的因素：P165
⑴水合离子半径：半径越小，亲和力越大；
⑵离子化合价：高价离子易于被吸附；
⑶溶液PH：影响交换基团和交换离子的解离程度，但不影响交换容量；
⑷离子强度：越低越好；
⑸有机溶剂：不利于吸附；
⑹交联度、膨胀度、分子筛：交联度大，膨胀度小，筛分能力增大；交联度小，膨胀度大，吸附量减少；
⑺树脂与粒子间的辅助力：除静电力以外，还有氢键和范德华力等辅助力。
第八章 色谱分离技术
1、阻滞因素：又称迁移率，是指一定条件下，在相同的时间内某一组分在固定相移动的距离与流动相本身移动的距离之比值，常用Rf(Rf≤1)表示。P177
2、正向色谱：是指固定相的极性高于流动相的极性，在这种色谱过程中，非极性分子或极性小的分子比极性大的分子移动速度快，先从柱中流出来；
反向色谱：是指固定相的极性低于流动相的极性，在这种色谱过程中，极性大的分子比极性小的分子移动的速度快，而先从柱中流出。P179
3、色谱法的分类：根据分离原理的不同分类 P181
可以分为：吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、凝胶过滤色谱、亲和色谱等。
4、显色的方法：P189
⑴碘蒸气显色；⑵紫外线显色；⑶喷雾显色。
5根据载体多糖种类的不同，多糖基离子交换剂可分为：P197
①离子交换纤维素；②离子交换葡聚糖；③离子交换琼脂糖。
6、亲和色谱原理：P206
将一对能可逆结合和解离生物分子的一方作为配基(配体)，与具有大孔径、亲水性的固相载体相偶联、制成专一的亲和吸附剂，再用此亲和吸附剂填充色谱柱，当含有被分离物质的混合物随着流动相流经色谱柱时，亲和吸附剂上的配基就有选择地吸附能与其结合的物质，而其他的蛋白质及杂质不被吸附，从色谱柱中流出，使用适当的缓冲液使被分离物质及配基解吸附，即可获得纯化的目的产物。
7、蛋白质A来源于金黄色葡萄球菌，蛋白质G分离自G群链球菌。P208
8、辅酶和磷酸腺苷：某些酶（如脱氢酶和激酶）需要在辅酶存在的情况下才能表现出催化活性，即辅酶能与脱氢酶和激酶之间通过亲和作用相互结合，因此这些辅酶可用作脱氢酶和激酶的亲和配基。P208
9、活化：载体上的化学基团是不活泼的，不能与配基直接偶联，通过化学反应使介质上化学基团处于活化状态。P211
10、洗脱方法：⑴特异性洗脱；⑵非特异性洗脱。P219
第九章 离心技术
1、离心机的转子的类型：有甩出式水平转子、角转子、垂直转子、（区带转子、细胞洗脱转子、分析转子）等。P237
2、计算：
①悬浮微粒在重力场中重力沉淀速度Vg的计算公式：P233 9-4
②例题9-1
③料流量Q的计算公式：P244 9-19
④例题9-3
⑤注：ω=2πn／60
第十章 浓缩、结晶与干燥
1、蒸发浓缩：是利用加热的方法使溶液中的一部分溶剂（通常为水）汽化后除去，得到含较高浓度溶质的一种操作过程。P267
2、结晶：是溶液中的溶质在一定条件下因分子有规则的排列而结合成晶体的过程，它是溶质提纯和得到固体颗粒的一种方法。P281
3、结晶的一般步骤：
⑴过饱和溶液的形成；⑵晶核产生；⑶晶体生长。
4、二次成核：已被认为是晶核的主要来源，其中起决定作用的两种机理为：液体剪应力成核和接触成核。P283
5、喷雾干燥：是利用雾化器将料液(含水50％以上的溶液、悬浮液、浆状液等)喷成雾滴分散于热气流中，使水分迅速蒸发而成为粉粒状干燥制品的一种干燥方式。P302
6、冷冻干燥：又称升华干燥，是指将待干燥物快速冻结后，再在高真空条件下将其中的冰升华为水蒸气而去除的干燥方法。由于冰的升华带走热量使冻干整个过程保持低温冻结状态，有利于保留一些生物样品(如蛋白质)的活性。

❺ 生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作

全书共十章，包括发酵液的预处理、细胞的分离、沉淀、萃取、膜技术、吸附与离子交换、色谱技术、离心、生物产品的浓缩结晶与干燥等生物产品分离纯化过程所涉及的全部技术内容。本书通俗易懂、深入浅出，可读性较强。

本书可作为高等院校相关专业本科生的教材，也可供从事生物分离工程工作及研究的有关人员参考。

前言

第一章 绪论

第一节 生物分离工程的性质、内容与分类

一、生物分离工程的性质

二、生物分离工程的研究内容

三、生物分离过程的分类

第二节 生物分离工程的一般流程

一、发酵液的预处理

二、产物的提取

三、产物的精制

四、成品的加工处理

五、生物分离纯化工艺过程的选择依据

第三节 生物分离过程的特点

一、生物分离过程的体系特殊

二、生物分离过程的工艺流程特殊

三、生物分离过程的成本特殊

第四节 生物分离工程的发展趋势

一、生物分离工程的发展趋势

二、生物分离工程研究应注意的问题

思考题

第二章 发酵液的预处理

第一节 发酵液预处理的方法

一、发酵液的一般特征

二、发酵液预处理的目的和要求

三、发酵液预处理的方法

第二节 发酵液的过滤，

一、发酵液过滤的目的

二、影响发酵液过滤的因素

三、发酵液过滤的方法

四、提高过滤性能的方法

五、过滤介质的选择

六、过滤操作条件优化

七、过滤设备

思考题

第三章 细胞分离技术

第一节 细胞分离

一、过滤

二、离心沉降

第二节 细胞破碎

一、细胞壁的结构

二、细胞破碎动力学

三、细胞破碎的方法

第三节 胞内产物的溶解及复性

一、包含体及其形成

二、包含体的分离和溶解

三、蛋白质复性

思考题

第四章 沉淀技术

第一节 概述

第二节 蛋白质表面性质

一、蛋白质表面的亲水性和疏水性

二、蛋白质表面的电荷

三、蛋白质胶体的稳定性

第三节 蛋白质沉淀方法

一、盐析法

二、有机溶剂沉淀法

三、等电点沉淀法

四、非离子多聚物沉淀法

五、变性沉淀

六、生成盐类复合物的沉淀

七、亲和沉淀

八、SIS聚合物与亲和沉淀

第四节 沉淀技术应用

一、蛋白质

二、多糖

三、茶皂甙纯化工艺研究

四、杜仲水提液中氯原酸的提取

思考题

第五章 萃取技术

第一节 基本概念

一、萃取的概念、特点及分类

二、分配定律

三、分配系数、相比、分离系数

第二节 液液萃取的基本理论与过程

一、液液萃取的基本原理

二、液液萃取类型及工艺计算

第三节 有机溶剂萃取

一、有机溶剂萃取分配平衡

二、影响有机溶剂萃取的因素

三、有机溶剂萃取的设备及工艺过程

第四节 双水相萃取

一、双水相体系的形成

二、相图

三、双水相中的分配平衡

四、影响双水相分配系数的主要因素

五、双水相萃取的设备及工艺过程

第五节 液膜萃取

一、液膜及其分类

二、液膜萃取机理

三、液膜分离操作

四、乳化液膜分离技术的工艺流程

五、液膜分离过程潜在问题

六、液膜分离技术的应用

第六节 反胶团萃取

一、胶团与反胶团

二、反胶团萃取

三、反胶团制备

四、反胶团萃取的应用

第七节 液固萃取

一、液固萃取过程

二、液固萃取类型

三、浸取的影响因素

四、浸取的其他问题

五、浸取的工业应用

第八节 超临界流体萃取

一、超临界流体

二、超临界流体萃取

三、超临界萃取的实验装置与萃取方式

四、超临界流体萃取条件的选择

五、超临界流体萃取的基本过程

六、超临界流体萃取的应用实例

第九节 萃取技术应用及研究进展

一、双水相萃取技术应用及研究进展

二、液膜萃取技术应用及研究进展

三、反胶团萃取技术应用及研究进展

四、超临界流体萃取技术应用及研究进展

思考题

第六章 膜分离过程

第一节 概述

一、膜分离过程的概念和特征

二、膜过程分类

三、分离膜

第二节 压力驱动膜过程

一、反渗透和纳滤

二、超滤和微滤

第三节 电推动膜过程——电渗析

一、电渗析的基本原理

二、电渗析传递过程及影响因素

三、电渗析膜

四、应用

第四节 膜接触器——膜萃取

一、膜萃取的基本原理

二、膜萃取的传质过程

三、膜萃取过程影响因素

四、应用

第五节 其他膜分离过程

一、浓差推动膜过程——渗透蒸发

二、温差推动膜过程——膜蒸馏

第六节 膜分离过程装置

一、滤筒式膜组件

二、板框式膜组件

三、螺旋卷式膜组件

四、管式膜组件

五、毛细管式膜组件

六、中空纤维式膜组件

思考题

第七章 吸附与离子交换

第一节 概述

一、吸附过程

二、吸附与离子交换的特点

第二节 吸附分离介质

一、吸附剂

二、离子交换剂

第三节 吸附与离子交换的基本理论

一、吸附平衡理论

二、影响吸附的主要因素

三、离子交换平衡理论

第四节 基本设备与操作

一、固定床吸附操作

二、移动床吸附器

三、膨胀床吸附操作

四、流化床吸附操作

五、吸附器净化效率的计算与选择

思考题

第八章 色谱分离技术

第一节 色谱分离技术概述

一、色谱技术的基本概念

二、色谱法的分类

三、色谱系统的操作方法

第二节 吸附色谱法

一、吸附色谱基本原理

二、吸附薄层色谱法

三、吸附柱色谱法

第三节 分配色谱法

一、基本原理

二、分配色谱条件

三、分配色谱基本操作

四、分配色谱法的应用

第四节 离子交换色谱法

一、离子交换色谱技术的基本原理

二、离子交换剂的类型与结构

三、离子交换剂的理化性能

四、离子交换色谱基本操作

五、离子交换色谱的应用

第五节 亲和色谱

一、亲和色谱概述

二、亲和色谱原理

三、亲和色谱介质

四、亲和色谱介质的制备

五、亲和色谱的操作过程

六、影响亲和色谱的因素

第六节 色谱分离技术的应用

一、亲和色谱的应用

二、离子交换色谱的应用

三、吸附色谱的应用

四、分配色谱的应用

五、多种色谱技术的组合应用

思考题

第九章 离心技术

第一节 离心分离原理

一、离心沉降原理

二、离心过滤原理

第二节 离心分离设备

一、离心分离设备概述

二、离心沉降设备

三、离心过滤设备

四、离心分离设备的放大

第三节 超离心技术

一、超速离心技术原理

二、超速离心技术分类

三、超速离心设备

第四节 离心技术在生物分离中的应用

一、离心技术在生物分离应用中的注意事项

二、离心分离的优缺点

三、离心机的选择

四、离心在生物分离中的应用

思考题

第十章 浓缩、结晶与干燥

第一节 蒸发浓缩工艺原理与设备

一、蒸发浓缩工艺

二、蒸发浓缩设备

第二节 结晶工艺原理和设备

一、结晶操作工艺原理

二、结晶设备

第三节 干燥工艺原理与设备

一、干燥工艺原理

二、干燥设备

思考题

❻ 求教科书生物分离工程(生物工程下游技术) 中 分离科学作用 谢谢

现代分离科学理论框架的研究
耿信笃, 张养军
(西北大学 现代分离科学研究所ö 现代分离科学陕西省重点实验室, 陕西 西安 710069)
摘要: 分离科学是研究物质在分子水平上的空间分布和移动规律的一门科学。如果这一看法是正确
的话, 那么, 分离科学理论就应该有一个能将各种分离技术原理及支持这些原理的共同理论, 即分
离科学理论框架。既然分离科学是从分子在空间迁移和分布规律的全过程来设计的, 该理论必然要
涉及到溶质分子在流体中的空间迁移和分布, 就必须了解在体系中组分的宏观性质。即①分离过程
中的热力学; ②溶质的迁移和扩散, 因为目前绝大多数组分的分离是在界面(特别是液2固界面)上
完成的, 这就是③分离过程中发生在界面上的计量置换。然而要从微观上深入了解物质能够被分离
的实质便是④平衡分离的分子学基础及⑤疏水效应。在了解了物质的微观、宏观性质及迁移规律
后, 如何才能使分离进行得更好, 这便是⑥分离过程中的最优化和选择分离方法时必须对各种分离
方法的特点有所了解的, ⑦分离方法的简介和比较。上述七部分内容应当成为现代分离科学的理论
骨架。
关 键 词: 分离科学; 热力学; 溶质计量置换保留理论; 疏水效应; 分离方法; 最优化; 理论骨架
中图分类号:O 651 文献标识码:A 文章编号: 10002274Ò (2002) 0520433205
从几千年前我国的炼丹术、酿酒术发展到近一
个世纪以来, 出现了多种分离技术或分离方法。特别
是近年来, 由于精细化工、生命科学和材料科学等新
兴学科的发展, 加之计算机和现代分离手段的广泛
应用, 促使这些新的分离方法的理论日臻完善, 技术
水平不断提高。遗憾的是, 多年来, 这些分离方法各
自讨论其分离原理, 如色谱中就有分配、吸附、离子
交换、反相和疏水色谱等, 故有关分离理论方面的内
容均分散在一些分离方法和其他学科之中。虽然国
外也出版过几本有关“分离方法”的书, 但其只是以
各个“分离方法”为主体分别进行阐述, 对于“分离方
法”的基础理论及各个“分离方法”之间的联系却涉
及甚少。1973 年, B. L. Karger 等 3 人出版了“A n
In t roct ion to Separat ion Science”一书[ 1 ]
, 虽然讲
述分离科学的理论部分不超过全书 1ö 3 的篇幅, 然
而他们的贡献是首次提出了“分离科学”这个概念。
1991 年, 理论色谱学家 J. C. Giddings 写的“A
U n if ied Separat ion Science”一书, 用化学势场和流
这两个各种分离方法共有的参数为纽带, 将原来似
乎毫无关系的、分散在各种分离方法中的分离原理
统一在一起讨论, 并称其为统一的分离科学[ 2 ]
。随着
高技术产业的出现, 特别是生物工程和生物技术及
材料科学的发展, 迫切要求提供更先进、更优化的分
离方法。一些国家和地区, 如美国的加州早在7 年前
就成立了分离科学协会, 其年会规模逐渐扩大, 现已
发展成一个国际性的年会, 还有《专门分离科学》、
《分离科学》及《分离工程杂志》出版, 表明分离科学
作为一个独立的科学分支正在形成和发展。
既然分离科学是一个独立的科学分支, 就必然
有其支撑的理论, 有一个能支持各种分离方法, 至少
是绝大多数的现代分离技术原理的基本理论。1990
年, 笔者之一出版了《现代分离科学理论导引》一
书[ 3 ]
, 对此问题进行了探索, 又经过 10 年的探索和
实践, 对原书作了大幅度的修改, 并增加了新的内容
和章节。最近, 该书已经被教育部研究生办公室推荐
为研究生教学用书, 并由高等教育出版社出版[ 4 ]
。在
该书前言中首次提出了现代分离科学理论框架的论
点。然而, 分离科学作为科学的一个独立分支, 是一
个不断发展和壮大的学科, 理论也在不断发展丰富,
内容也愈来愈丰富。所以,“现代分离科学理论框
架”到底应该包括那些内容, 仍是一个值得进一步探
讨的学术问题。
无论是什么分离方法和多么新的分离工艺, 都
是在研究物质在分子水平上的空间分布和移动规
律, 以及如何更好地实现这一目标。如果这一看法正
确的话, 那么, 现代分离科学理论就应该是为解决这
一问题而所必须的理论基础。
1 分离过程中的热力学
分离过程必然伴随着一种或几种组分的定向移
动以达到分离和浓集的目的, 所以分离过程是一个
组分在空间的再分配过程, 这就存在着一个哪些组
分能够在空间被浓集和哪些组分不能够被浓集, 以
及能够在空间被浓集到什么程度这样两个问题。分
离过程中的热力学就是为了判断这一过程的方向,
确定它的限度以及研究如何运用热力学知识以促使
某个或某些组分向我们期望的方向移动, 实现最大
限度的分离和浓集等有关理论及计算问题。分离过
程中所遇到的某些热力学的基本要点, 则一定会涉
及到相间的分配平衡、在分离过程中作为分子移动
驱动力的外加场作用下的平衡、相平衡、分配平衡、
气2液平衡热力学及溶液模型等方面的理论, 以及如
何将热力学第一和第二定律应用到密闭和开放的体
系中和运用化学势概念来解决问题。化学势是分离
过程中各个组分分离的驱动力, 尽管绝大多数的分
离是在外加场存在下实现的, 但这些外加场都可以
换算成化学势并使其成为总化学势的一部分。活度
系数及标准态是描述该过程中两个很重要的概念,
在应用时容易出现差错, 所以必须引起重视。平衡概
念是描述分离过程应用最多的概念, 其中相平衡原
理被用来描述单组分、双组分及 3 组分相图以及如
何将这些相图应用于简单组分的分离。分配平衡主
要涉及气2固、液2固和气2液 3 种平衡, 常用吸附等
温线对其过程进行描述和表征。由于这3 种平衡不
涉及化学反应, 因此被称之为第一类化学平衡, 而涉
及到利用化学反应进行分离的叫作第二类化学平
衡, 这类平衡在分离过程中亦经常遇到。溶液行为模
型是在研究气2液分离过程中的理论时经常遇到的
问题, 该模型涉及到对气相和液相(理想溶液、真实
溶液和正规溶液)中的某些热力学参数(包括过剩热
力学参数在内)的处理。
2 分离过程中溶质在两相界面上的计
量置换
以往的分离方法中, 在涉及相分离时, 往往只涉
及溶质在两相间的分配系数和化学势差等概念, 而
很少涉及相界面过程和这些过程对分离所作出的贡
献。对于溶质在两相界面上行为的处理, 涉及到近年
来才提出的计量置换的概念[ 5 ]
。计量置换的提出, 实
质上是基于物理学中“能量守恒”和“一个空间不能
同时容纳两个物体”的两个基本原理, 这一概念对于
许多科技工作者来讲并不陌生。例如, 离子交换时,
在某一离子被交换剂吸留的同时, 交换剂上即会释
放出等当量的同电荷符号的另一离子。这就是计量
置换的一个广为人知的事例。随着科学技术的发展,
现已知道, 计量置换可发生在其他许多埸合。例如,
某组分在相间分离过程中, 从 Α相进入 Β相(或表面
或内部)时可能置换的是 Β相中的溶剂分子(如果 Β
相是液相的话)。研究这样的置换过程, 即研究组分
从一相进入另一相时, 在相界面上发生了什么过程,
其组分如何在界面上进行迁移, 而相应的能量又是
如何变化, 如何将计量置换用于组分分离的宏观和
微观变化, 对了解分离机理和提高分离效果是十分
重要的。因为组分可在液2固、液2液、气2液相间进行
分离, 特别是液2固和液2液相间分离用得最多。所
以, 深入了解组分在相界面上迁移时所产生的化学
势突跃及其伴随的计量置换过程必将对组分的分离
有益。液固相界面上的计量置换, 包括新概念的定
义、物理及化学理论基础、计量置换模型的建立及其
在物理化学、生物化学、基因工程和色谱分离中的应
用。它指出了分离过程中, 在相界面上发生的基本过
程——溶质与置换剂(在许多情况下是溶剂)分子间
的计量置换关系。这种关系建立在体系中溶质、置换
剂和吸附剂分子间的多种热力学平衡和计量置换这
一概念的基础上, 从建立理论模型到引用一些数据
对模型进行检验以及通过液2固体系中溶质的计量
置 换 吸 附 理 论, 从 理 论 上 推 导 出 朗 格 缪 尔
(L angm u ir)及弗仑德利希(F reundlich)公式并与之
进行比较, 表明该理论更具有指导意义。因为该理论
是在多个热力学平衡的基础上推导的, 具有坚实的
理论基础。另外, 该理论中的参数皆具有明确的物理
意义, 这些都对它的应用以及对一些现象的解释奠
定了基础。现在, 该理论已经用于对液2液分配等温线的预计和对液相色谱中的溶质保留机理和反相液
相色谱中溶质保留过程的热力学的研究。经检验该
理论, 还可用于除尺寸排阻色谱以外的各类色谱以
及沉淀表面吸附过程。其计量参数既可以用来研究
生物大分子的构象变化, 也可用于蛋白质折叠过程
中自由能的测定, 还可用于表征色谱中作用力的类
型和溶剂强度。由于从热力学角度对柱相比的定义
和准确测定, 使热力学的研究可以更深入地进行。有
关溶质计量置换理论的发展及其应用已有详尽的综
述[ 6 ]
。
3 溶质的迁移与扩散
溶质在空间的再分配一定涉及到溶质分子的迁
移, 即在外加埸或内部化学势作用下向预定的、趋向
于平衡的方向移动。与此同时, 分子又不可避免地要
随机运动, 而且总是由高浓度向四周的低浓度区扩
散, 使分离开的溶质趋向于混合, 所以扩散是分子的
随机运动, 没有确定方向。迁移是提高分离度和浓集
所必需的, 因而应设法增强, 而扩散则相反, 是阻碍
分离和浓缩的, 所以应设法使其减弱直至最小。为
此, 必须了解在不同介质和不同分离体系中组分迁
移和扩散的基本性质和运动规律, 特别是与分离体
系密切相关的定量关系应有所了解, 以便对选择分
离体系的最优化条件有所帮助。溶质的迁移与扩散
应包括分离过程中动力学方面的问题。将机械运动
与 1 mo l 分子迁移进行比较, 以经典的牛顿力学推
导出分子迁移规律——费克(F ick ) 第一和第二定
律。通过对费克第二定律求解, 可以得出在理想条件
下溶质带迁移过程中的迁移模式——高斯浓度分布
曲线。在此基础上便能理解在气体、电解质溶液、在
流和在填充柱中的迁移与扩散规律以及迁移方程的
物理意义, 并且还可描述分离速度、摩擦系数及分子
参数之间的关系[ 7, 8 ]
。这些都是描述带的形成与扩散
不可缺少的一个重要组成部分。另外, 高斯带、统计
矩、随机过程、理论板高以及在洗脱系统中的板高,
是加深理解对带的迁移和扩散不可缺少的概念, 也
可促进对分离方法的优化研究。而且, 可以不用“理
论塔板”概念, 完全从理论上推导出洗脱曲线的形状
及板高, 这些都有利于从理论高度对分离过程的模
拟和理解。了解带的扩展机理, 计算分离度——峰容
量, 对如何提高分离度也十分有用。除了理想状态
外, 非理想条件下的非高斯带和稳态带的特性及其
数学表达式, 也是组成分离科学理论的重要问题之
一。
4 平衡分离的分子学基础
在利用热力学方法及有关参数来处理和选择分
离的最佳条件时, 有时会遇到分离系统中的一些参
数, 如温度、压力、组成等不总是随时都可知道的。这
样, 就有必要对确定分配系数大小的基础——分子
间相互作用力[ 1 ]
进行深入地了解, 以便选择最佳分
离条件。在许多情况下, 这些分子间的相互作用力又
与它们的分子结构、环境条件等因素有关, 因此从分
子结构的观点阐明溶质在两相间的分配规律, 并从
分子间的相互作用力得出溶解度参数及扩展的溶解
度参数的概念[ 9 ]
、计算方法、从分子水平描述带扩展
机理(色谱动力学)以及它们在分离科学中的应用
等, 是这部分讨论的目的。平衡分离的分子学基础着
重从分子间相互作用力的分类、性质、作用力的大小
计算入手, 对这些作用力与分子结构间的关系以及
结构与分离性质之间的关系进行讨论, 这部分的内
容包括经典的赫尔德布兰德(H ildeb rand)的溶解度
参数概念、计算方法以及扩展的溶解度参数理论。这
样, 就可以给出色散溶解度参数、诱导偶极和定向溶
解度参数和氢键溶解度参数的表达式及实验测定方
法。将这些参数用于描述液相色谱溶质保留行为, 形
成了扩展溶解度参数理论, 依次可以解释各类色谱
的实质性问题。另外, 马丁方程的分子学基础及熔化
熵、弗劳瑞—休金斯(F lo ry2 Huggin s)方程[ 10, 11 ]
及分
配系数对温度的依赖关系的讨论, 以及平衡分离的
分子学的其他概念, 能使分离过程中出现的许多现
象与分子间的作用力及分子结构相互联系起来, 并
能运用这方面的知识设计最优化分离方案, 以期得
到最佳的分离效果。
5 疏水效应
凡是涉及到有水溶液相存在的分离, 如液2固、
液2液分离都涉及到水溶液。为了研究在此条件下分
离过程的本质, 特别是研究生物大分子的分离过程,
必须了解“疏水效应” (hydrophob ic effect) , 或“疏水
相互作用” (hydrophob ic in teract ion, 简写为H I)等
概念。那么, 什么是“疏水效应” ? 什么是“疏水相互
作用”呢? 迄今还无公认的定义。顾名思义, 这是与
水溶液有关的一种特殊现象。人的生命离不开水, 人
体的生化过程几乎全是在体液(水溶液)中进行的。这些生化过程包括生物大分子的构象变化、蛋白折
叠、 酶与底物的结合、几条支链结合形成多支链的
酶、生物大分子高度凝聚形成的生物膜等, 而这些过
程的发生主要是在疏水相互作用力驱动下进行的。
因为分离科学不仅要从宏观上研究溶质间相互分离
的程度(即纯度)及回收率, 而且要考虑到分离过程
中分子构象是否发生了变化(即微观变化)和引起宏
观及微观变化的原因, 所以这不仅涉及到具有生物
活性的生物大分子的分离和纯化, 而且涉及到小分
子的分离机理。疏水相互作用力, 简称疏水力, 它不
是讨论分子间的相互作用力, 主要是讨论吸附力, 是
讨论溶剂对溶质的作用。确切地说, 是溶剂分子对溶
质分子产生的推力, 与分离过程中的分子平衡研究
对象相同, 属微观过程, 但这种微观过程的变化又会
引起宏观热力学量的改变。
从以上所述可知, 疏水相互作用是与范德华力
有关但又不完全相同的一种作用力。基于这一概念,
在现代科技及现代分离科学中十分重要但又不很成
熟的这一特点, 应着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, 并通过标
准迁移自由能及复杂相间溶质迁移的标准化学势计
算, 理解标准迁移化学势的计算方法。还应了解有关
疏水相互作用的一些名词的含意、了解疏水相互作
用大小、对式疏水相互作用、完全成对的相关函数、
溶剂对疏水相互作用自由能的影响和二聚平衡等简
单过程中的热力学函数的测定和计算。多质点间的
疏水相互作用是建立在对式疏水相互作用基础之上
的, 质点数为m 时, 疏水相互作用的近似测量方法
是为了解从简单溶质到蛋白质的疏水相互作用这一
桥梁作用的理解。另外, 还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对温度和压力的依赖性, 这
对于了解蛋白质分离过程中分子构象变化及失活的
本质的研究十分重要。疏水相互作用对温度和压力
的依赖关系和实验及测量方法奠定了该理论的基
础, 同时亦能提高对文献中的错误概念、数据可靠性
的判断能力。
6 对分离方法的科学分类
以上是从热力学、动力学以及分子学的基础上
对分离科学的理论框架进行论述的, 其最终目的是
要对分离过程进行优化, 对分离方法进行有效的选
择, 这就涉及到分离科学中的分类和优化问题。分类
学是一门独立的科学, 从研究化学元素周期表对发
现新的化学元素就是一个很好的例证, 表明了分类
学对科学的贡献。分离方法曾有过多种分类。但是,
以Giddings
[ 2 ]
提出的以化学势和流两个因素进行分
类最为科学。通过比较各类分离方法的相似点及不
同点, 探索出各种分离方法之间的内在联系并寻找
出分离科学中普遍存在的规律, 从而将多年来分散
在各个学科和技术领域中的, 表面上看来似乎毫无
联系的各类分离方法, 以这种化学势和流两个因素
将其联系起来进行讨论和比较, 为创立新的分离方
法和分离科学(最优化中选择分离方法)奠定了基
础。了解各种分离方法的内在联系和描述这种内在
联系的数学表达式, 深刻理解在外加场存在下的无
流(静态)分离法——电泳和沉降的特性, 稳态流中
的二相分离——萃取和有关方法, 流的辅助分离作
用即平行流分离——淘析、超滤、区带熔融和有关方
法以及垂直流分离——场级分流、色谱和有关方法。
7 分离科学中的优化
分离科学中的最优化就是如何在最短的时间
内, 用最低的消耗以获得最佳的分离效果, 获得一个
能表征各类分离方法的统一的优化模型, 这是一个
迄今尚未解决的问题。它涉及到一个分离体系的优
化目标, 又涉及到多方面的局部优化, 如分离方法的
选择、实验方法的建立、实验方案中每一单元操作的
优化, 以及各个单元操作之间的最佳组合, 如此等
等。一般说来, 用于分析测试及工业制备对分离最优
化的要求是不完全相同的, 前者因消耗很少, 多以在
追求最佳分离效果的前提下, 以尽可能地缩短分离
时间为主, 辅之以低消耗; 而工业生产上的优化则是
追求最大经济效益——获取最高利润为惟一目的,
故对于后者, 一切分离方法及选择分离工艺的优化
均以此为基础。例如删除一步分离就能达到质量要
求的简单工艺, 但因成本高工业生产上就不会采纳,
而会采纳成本很低的, 那怕是多 2～ 3 步的分离方
案。上述事例说明, 既便是局限于分离这一狭窄领域
中的每一个细节, 也难用一个通用的模型来描述其
最优化。分离科学中的最优化是通过对单元分离共
用的、最关键的参数进行优化, 辅之以工业上的整体
优化。无论哪一种分离方法, 从原则上讲: ①通过增
大外加场; ②减小分离过程中欲分离物质熵的增大;
③加大难分离物质对之间化学势的差异这 3 个最重
要的因素, 以及通过对这 3 个方面进行协同作用使分离过程达到最优化, 才是达到提高分离效率, 降低
生产成本的至关重要的优化因素。
综上所述, 分离科学是一门内容极其丰富的学
科, 对于工农业生产和基础科学研究十分重要。随着
高技术产业的出现, 特别是生物工程和新材料科学
的发展, 必将对分离科学提出更高的要求和新的挑
战, 也必然会推动分离科学迅猛发展, 为人类的健康
和幸福作出更大的贡献。

❼ 华东理工大学生物工程学院的历史沿革

1955年 抗生素制造工学专业1980年 抗生素制造工学专业调扩为生化工程专业并与生物化学专业合并成立生化工程系1986年 成立食品科学与工程专业 1991年被批准为生物化工博士学位授权点1992年 生化工程系，含三个专业，共七个教科组：生物化学工程专业 生物化学专业 食品科学与工程专业、微生物学教科组、发酵工程教科组、生物分离教科组、生物反应器教科组、应用生物技术教科组、基础生化教科组、食品工程教科组。生化工程研究所，含六个研究室，一个课题组：动物细胞培养研究室、生物过程检测与控制研究室、基因工程研究室、离子交换技术研究室、生物分离工程研究室、精密仪器室、ATP课题组。华东生物技术工程公司，含四个部：发酵工程部、分离工程部、电子技术部、工程设计部。1995年 在生化工程研究所的基础上另成立生物反应器国家重点实验室、在原基因工程研究室、应用生物技术教科组、基础生化教科组的基础上成立生化研究所。1996年 原生化工程学科改名为生物工程学院，生化工程学科被批准为上海市教育委员会重点学科。1997年 在生化工程研究所和国家重点实验室的基础上，另成立国家生化工程技术研究中心（上海）。1998年 在生物化学专业的基础上成立应用生物化学系。1999年 生化工程系改名为生物工程系，生物化工专业改为生物工程专业；应用生物化学系的生物化学专业改名为生物科学专业，并另成立了生物技术专业；同年6月成立了海洋生物化学工程研究所。2001年 国家生化工程技术中心（上海）正式挂牌，生化工程与技术学科通过教育部“211工程”项目验收，生物工程学科被批准为上海市重点学科。2002年 生物化工学科被批准为国家重点学科。2003年 被批准为发酵工程博士学位授权点2006年 被批准为生化与分子生物学博士学位授权2007年 发酵工程被批准为上海市重点学科2011年“轻工技术与工程”一级学科博士点获批2012年“轻工技术与工程”博士后科研流动站获批

❽ 电泳技术在生物分离工程中的地位

早期的电泳技术是由瑞典Uppsala大学物理化学系Svedberg教授提出了荷电的胶体颗粒在电场中移动的现象称其为电泳。于1937年，收ArneTiselius教授——诺贝尔奖金获得者，利用些电泳现象，发明了最早期的界面电泳，用于蛋白质分离的研究，开创了电沪泳技术的新纪元。此后，各种电泳技术及仪器相继问世，先进的电泳仪和电泳技术的不断发展，使它在生物化学实验技术中占重要地位，按电泳的原理有三种形式的电泳分离系统：原则上按电泳的原理来分，即移动界面电泳、区带电泳和稳态电泳或称置换（排代）电泳。在自由移动界面电泳，是带电分子的移动速率通过观察界面的移动来测定，该方法已成为历史。代之以采用支持介质的区带电泳。

区带电泳因所用支持体的种类、粒度大小和电泳方式等不同，其临床应用的价值也各有差异。固体支持介质可分为两类：一类是滤纸、醋酸纤维素薄膜、硅胶、矾土、纤维素等；另一类是淀粉、琼脂糖和聚丙烯酰胺凝胶。由于它们具微细的多孔网状结构，故除能产生电泳作用外，还有分子筛效应，小分子会比大分子跑得快而使分辨率提高。它的最大优点是几乎不吸附蛋白质，因此电泳无拖尾的现象。低浓度的琼脂糖电泳相当于自由界面电泳，蛋白质在电场中可自由穿透，阴力小，分离清晰，透明度高，能透过200～7000nm波长的着色区带的检测敏感性，为此第一类支持介质现已被第二类支持介质所替代。

稳太电泳或称置换电泳的特点是分子颗粒的电泳迁移在一定时间后达到稳态，如等电聚焦和等速电泳。

区带电泳是临床检验领域中应用最广泛的技术，有重要临床意义，尤其是其他新技术，更扩大了其应用范围，提高了检测技术，现对该技术的现状与发展作一评述。

一、正确解释电泳结果，有助于临床疾病判断的参考

新鲜血清经电泳后可精确地描绘出患者蛋白质的全貌，一般常见的是白蛋白降低、某个球蛋白区域升高，提示不同的临床意义。如急性炎症时，可见a1，a2区百分率升高；肾病综合征、慢性肾小球肾炎时呈现白蛋白下降，a2球蛋白升高，β球蛋白也升高；缺铁性贫血时可由于转铁蛋白的升高而呈现β区带增高，医|学教育网搜集整理而慢性肝病或肝硬变呈现白蛋白显著降低，r球蛋白升高2-3倍，示免疫球蛋白多克隆增高，甚至可见β-r融合的桥连现象，还可在r区呈现细而密的寡克隆区带；对单一克隆浆细胞异常增殖所产生的无抗体活性均一的免疫球蛋白称M蛋白的检测，血清蛋白电泳是其首选的实验诊断方法。可在电泳区带的a2-r区呈现致密而深染，高度集中的蛋白克隆增生区带，称其为m蛋白区带，扫描后形成高而狭窄的单株峰，若些峰在r区其峰高与峰底宽之比>2：1，而由于正常免疫球蛋白合成限制造成背景染色浅。由M蛋白所导致的一组疾病如：多发性骨髓瘤、巨球蛋白血症、重链病、游离轻链病、半分子病、良性单株丙球血症和双M蛋白血症等，目前这类疾病已不属罕见。血清蛋白电泳对这类疾病的早期诊断，疗效观察和预后判断均有十分重要的意义。

二、电泳技术与免疫技术相结合，大大扩大了其临床应用的范围

让电流来加速抗原与抗体的扩散并规定其运行方向、从而加快了沉淀反应速度。免疫电泳技术的种子类很多，如：对流免疫电泳（CIEP）、火箭免疫电泳（RIE）、电免疫扩散（EID）。在种免疫电泳方法牟基础上，又不断地派生出一些新的技术，如：免疫电泳（IEP）技术，1969年Alper与Johnson推荐免疫固定电泳（IFE）是一种包括琼脂糖凝胶蛋白电泳和免疫沉淀两个过程的操作，是免疫沉淀反应的一种混合技术，检测标本可以是血清、尿、脑脊液或其他体液。1976年血清免疫固定电泳（IF）技术再次被推荐，用于M蛋白的分型。血清蛋白质在琼脂糖凝介质上经电泳分离后，应用固定剂和各型免疫球蛋白及轻链抗血清，加于凝胶表面的泳道上，经孵育让固定剂和抗血清的在凝胶内渗透并扩散后，若有对应的原存在，则在适当位置形成抗原抗体复合物。经染色后蛋白质电泳参考泳道和抗原抗体沉淀区带被氨基黑着色，根据电泳移动距离分离出单克隆组分，可对各类免疫球蛋白及其轻链进行分型。该技术的最大优势是敏感性达50-150mg/dl，操作周期短，仅需数小时，分辨率高，结果易于分析。现最常用于M蛋白的分型与鉴定，已列入临床实验室的常规检测工作。

三、电泳技术进行同工酶谱分析，提高诊断率

1、血清乳酸脱氢酶同工酶（iso-LDH）：测定LDH同工酶有电泳法、离子交换柱层析法、免疫法、抑制剂法和酶切法，但迄今用得取多的仍是琼脂糖凝胶电泳法。经电泳分离后要分离出五种同工酶区带，急性必肌梗塞发病后平均6hLDH1即开始升高，LDH1/LDH2≥1为心肌损伤的阳性决定性水平，肝癌时可见LDH5明显升高，各区带含量的确定，将经电泳分离后的同工酶谱采用扫描予以定量，其精确度明显高于用肉眼判断。

2、血清肌酸激酶同工酶（ISO-CK）；测定CK和CH-MB仍是目前用于证实急性心肌梗塞的道选指标。近年来国内一些单位用免疫抑制法测CK=MB，其原理为抗M亚单位的酶活性，因为正常血清中几乎无CK=BB，故将此值乘以2可以认为大致代表CK-MB的活性。此法简单迅速，缺点是特异性差，如患者血清中存在CK-BB或者异常CK时，都将出现假性增高。不少作者报道异常CD-同工酶，一条称巨CK（Maxro-CK），它是CK-BB与免疫球蛋白的复合物，有IgG亦有IgA，在正常血清中Marco-CK仅占0.8%-1.6%.另一条称线粒体CK（CK-MT），CK-MT是结合在肌肉、脑、肝内的线粒体表面，可能是线粒体膜的碎片，在正常血清中CK-MT是不出现的，在心梗时亦不出现，只有当组织极度损伤，由于线粒体和细胞壁极度破坏，方可在血清中检出。由于Macro-CK和不典型的CK-MT均不能被M抗体所抑制，故当它们出现时，会导致CK-MB高于CK总活力的假性升高。使用电泳方法分离CK-MB，是根据CK-同工酶分子结构不同，医|学教育网搜集整理在电泳缓冲液中，所带电荷各异，可以从阴极到阳极将CK不同组份予以分离，其分别为CK-MM，CK-MB和CK-BB.电泳特点是当出现异常2同工酶如巨CKⅠ、巨CKⅡ等，从电泳图谱上很容易发现，由扫描仪对各条酶进行扫描，报告各条区带所占百分比，结合总酶活力，求得区带的酶省略定值结果。Macro-CK在CK-MM和CK-MB中间，而CK-MT位置靠近阴极端，在CK-MM后面。这样不会将CK-BB和各种异常同工酶误认为是CK-MB而误诊，也可解决CK-MB假性增高的错误原因所在。为此，CK同工酶电泳是项非常实用的检验技术，具有十分重要的临床意义。

3、CK亚型同工酶：此外，CK-MB和CK-MM亚型测定常采用琼脂糖凝胶等电聚焦电泳或高压电泳，由于操作比一般电泳麻烦，故常规常测定尚无法普及。目前引进的自动电泳仪，有试剂盒提供，可作CK亚型分析，参考值：CK-MM1（57.7±4.7）%；CK-MM2为（26.5±5.3）；CK-MM3为（15.8±2.5）%；CK-MM3/CK-MM1比值为0.28±0.05（范围0.15-0.39），阳性决定性水平>0.5.AMI第一天血中以MM3为主，但第二天以后则以MM1为主。采用电泳法分离CKMB，CKMB1和CKMB2在正常人血中CK-MB2极微，一般比值近似是而非，在急性心肌梗塞后4-6hCKMB2亚型即在血循环中可被检测到，故MB2/MB1的比例明显升高，并早于总CK-MB片段的增高。当心肌梗塞缓解后此比便也逐渐下降。也可用于溶栓治疗后的病情观察。

四、结合酶免疫标记抗体技术，检测脑脊液内寡克隆区带

曾有作者报道采用二维电泳和银染进行CSF蛋白质的分离与鉴定，方法繁复，耗时，现采用高分辨率琼脂糖凝胶电泳分离CSF中的蛋白质，并经抗原和辣根过氧化物酶标记的特异性IgG抗体进行反应来鉴定“寡克隆区带”（OCB），经此酶免疫标记放大技术和显色步骤，蛋白质浓度达31-125ul/L即可予以检测，可使检测灵敏度提高了100倍，这样脑脊液无须浓缩，避免了在浓缩过程中蛋白质的丢失。可用于证实和分辨OCB免疫球蛋白及其型别。若在脑脊液标本中检出OCB，而其相应标本中未能检出区带，则为阳性，真实地反映是由中枢神经系统本身合成的免疫球蛋白，具有重要临床意义。它是一种定性检测，在多发性硬化症时，OCB是一个十分重要的标志物。但须将患者血清和CSF在同一天同步进行分析，以认证不同来源的免疫球蛋白。中枢合成免疫球蛋白是中枢神经系统疾患的一个重要信号，主要用于诊断的鉴别诊断中枢神经系统疾患如：多发性硬化症、痴呆、脊髓炎、付肿瘤性脑炎、神经性梅素等。

五、利用固相内抗原、抗体反应分离脂蛋白（a），用于心、脑知管独立的危险因子的检测

该技术是利用抗原、抗体反应将电泳分离的脂蛋白予以鉴别。血清经琼脂糖凝胶电泳，再经染色后可出现不同脂蛋白的条带。由于凝胶中脂蛋白等电点不同，不仅可区分a、前β和β区带，又因介质中含有抗脂蛋白（a）【LP（a）】抗体及阳离子存在，抗LP（a）与患者血清中LP（a）结合形成复合物，阳离子则抑制其他脂蛋白的泳动速度，LP（a）便与其他脂蛋白分离开来，使分辨十分清晰的LP（a）条带呈现在前β与γ区域之间，将阳性条带扫描后，可获得区带的面积及其百分含量，该方法使电泳技术趋于完美，大大减少了手工操作的弊端，既可予以半定量，又能将胶片保存，便于比较。提高对心、脑血管独立的危险因子——LP（a）检测的敏感性和特异性。

六、按分子量大小进行非浓缩尿蛋白电泳，区分尿蛋白类型

尿蛋白电泳可将尿液中各种蛋白质分离用于区分尿蛋白类型，可在无操作的情况下，协助临床判断肾脏损伤的部位。国内部分实验室采用SDS-PAGE盘状电泳进行尿蛋白分离，该法具有局限性，耗时，操作繁琐，标本要求高，尿液需预浓缩，不适于临床实验室广泛开展。SDS=AGE电泳不需预浓缩，尿蛋白电泳后呈现出中、高分子量蛋白区，带主要反应肾小球病变；呈现出低分子量蛋白区带，可见于肾小管病变及溢出性蛋白尿；混合性蛋白尿则可见到大、中、小各种分子量区带，示肾小球及肾小管均受累及。扫描仪可对电泳后尿液中蛋白质剖象进行扫描，求出百分比，以显示肾小球或肾小管损伤程度，其电泳图谱及扫描图形可作国资料永载，利于分析比较。医|学教育网搜集整理该技术的最大进步是尿液不需预浓缩，操作简便，结果清晰，仅需三小时即可完成试验，还备有完整的定性标准，易于量化，便于分析，对肾脏疾的诊断，鉴别诊断，指导治疗和判断愈合颇有价值。

近期发展起来的毛细管电泳是一种新型的区带电泳，又称毛细管带电泳。它是在毛细管中装入缓冲液，在其一端注入样品，在毛细管两端加直流高电压实现对样品的分离，他离后的样品依次通过设在毛细管一端的检测器检出。毛细管电泳在检验医学中的应用也十分广泛，从所检测样品的来源看可分为尿样、血浆、血清、脑脊液、红细胞、其他体液或组织，以及实验动物活体等。从分离对象看包括蛋白质、多肽、氨基酸、糖、酶、DNA、寡核苷酸、病毒、小和生物活性分子、离子、药物及其代谢产物等。根据用途可分为临床疾病诊断、临床蛋白质分析、临床药物分析、代谢研究、病理研究、同工酶分析、PCR产物分析、DNA片段及序列分析等。由于它具有无法比拟的高效和快速性，因而受到越来越多科学家们的重视。

中国的电泳技术起步不算太晚，但由于种种原因，大多数实验室仍采用较落后的电泳设备。随着国际、国内科技发展的日新月异和检验医学发展的突飞猛进，电泳技术也在不断发展和更新，其在临床医学和分子生物学领域中有着极其广泛的应用价值，相信随着该技术的不断发展必将越来越受到同道们的青睐。