2011年-2008届-分离思考题及习题

《生物分离工程》思考题

概论

试述生化物质提炼过程的特殊性及工艺流程概况

发酵液的预处理和过滤

1．试述除去发酵液中Ca2+、Mg2+、Fe3+离子的方法和杂蛋白质的方法。

2．用ζ电位来解释溶液中蛋白质等胶体粒子稳定存在的原因？凝聚和絮凝的机理有何不同？影响混凝效果的因素是哪些？絮凝剂的分类。 3．怎样衡量各种不同滤饼的特性？试述测定量比阻的方法。 4．影响过滤速度的因素是什么？可采用哪些方法来提高过滤速度？

细胞破碎

1．了解微生物细胞破碎的各种方法。

2．包含体的分离方法有哪些？

3．什么是蛋白质的复性，蛋白质复性时应注意什么？

沉淀法

1．蛋白质为什么可以采用盐析法进行沉淀分离？（NH4）2SO4为什么是最常用的盐析

沉淀剂？ 2．在cohn经验式logS=β-KsI中，影响常数β、Ks 因素是哪些？ 3．经实验知道，某一蛋白酶符合cohn经验式，并在18℃，pH7.5的条件下测得β=4.9、

Ks=0.32，试估算在酶活力为5000μml的蛋白酶溶液中加入60%饱和度的（NH4）

2SO4[相当于

456g盐/L溶液]进行盐析沉淀时，蛋白质沉淀是否充分？计算收率为多

少？[假设沉淀前后溶液体积不变。S单位为μ/ml]。并讨论当原液浓度变化时，沉

淀收率的变化情况。

4．等电点沉淀及有机溶剂沉淀的原理及影响因素是什么？

吸附法

1．分子间的作用力可分为哪几种？

2．何谓Langmuir吸附等温线？

3．了解大网格吸附树脂主要物理性能的测定方法。

4．总结采用大网格吸附剂时，应怎样考虑吸附条件和洗脱条件？

5．有一弱碱性物质，已知PK1=7.3，PK2=8.2，分子量1100，易溶于乙醇、丙酮、丁酯

等有机溶剂中，难溶于水，中性下较稳定，pH>9及pH<4都不稳定，今拟选用大网

格树脂提取，试讨论应如何选择树脂的孔径，比表面？并设计提取工艺路线[吸附和解吸条件]。说明理由。

6．林可霉素为一弱碱性抗生素，分子中有一个胺基，其pK＝7.6。在pH<2.0和pH>11

的溶液中稳定性较差。林可霉素盐酸盐易溶于水，难溶于极低的有机溶剂，其游离碱在水中溶解度较小， 而易溶于乙醇（δ乙 ＝12.7); 丁醇（δ丁 ＝11.4);丙酮（δ丙 ＝10.0); 2---丁酮（δ2－丁 ＝9.3)等有机溶剂。今拟采用大网格吸附法提取，并选择Amberlite XAD-2为吸附树脂（δ聚=9）,试考虑（1）适宜的吸附pH范围？说明原因。（2）可采用的洗脱条件是什么？说明理由。 7．某厂青霉素提炼工段采用pH＝2时，用醋酸戊酯抽提，然后再用pH=7的缓冲液抽

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提。如在发酵液中出青霉素外，尚有一有机酸存在，pK＝4在醋酸戊酯与水之间的（真正）分配系数为40，试问该杂质有机酸能否出去？已知：青霉素的pK＝3，在醋酸戊酯与水之间的（真正）分配系数为20。

有机溶质萃取法

1．解释化合物PK值和两性物质PI值的含义。酸性基团和碱性基团呈离子型式和游离

分子型式存在时，各应满足什么pH条件？两性物质，当pHPI时，那种

离子浓度最大？

2．什么是弱电解质的表观分配系数？说明表观分配系数与pH关系式的推导过程。表

观分配系数和热力学分配系数在含义上有何不同？ 3．将青霉素从发酵液中萃取到丁酯中，发酵液与丁酯的体积比为1∶1，萃取条件为

pH=2.5，T=10℃，发酵液效价为20000μ/ml。萃取达到平衡时，测得废液效价为645.2μ/ml，求萃取时的表观分配系数及热力学分配系数。[青霉素pK=2.75]

如欲将上述丁酯相中青霉素反萃取到水相缓冲液中，丁酯与缓冲液的体积仍为

1∶1，pH=7.0 ,T=25℃。试通过公式估算反萃取的表观分配系数。

4．溶剂萃取分离A和B两种抗生素，初始水相中A和B的浓度(g/dm3)相等，A和B

的分配系数与其浓度无关，分别为10和0.1。利用混合、澄清式萃取操作，设每级萃取均达到分配平衡，并且萃取前后各相体积保持不变。

⑴若采用一级萃取，萃取水相中90%的A，所需相比（即有机相与水相的体积比） 应是多少？此时有机相中A的纯度（即A占抗生素总质量的百分数）是多少？

⑵若采用多级错流接触萃取，每级萃取用新鲜的有机相，相比均为0.5，计算使A在有机相中的收率达到99%以上所需的最小萃取级数，并计算有机相中A的实际最大收率和平均纯度。

⑶若采用3级逆流接触萃取，计算使A在有机相中的收率与第（2）问相同所需的相比。

5．什么是单级萃取，多级错流萃取和多级逆流萃取？画出各种萃取方法和流程图（包

括混合罐和分离器）。记住理论收率的计算公式。

6．有一弱酸性物质，当发酵滤液用有机溶剂二级错流萃取时，表观分配系数为27，每级中加入的有机溶剂体积都是发酵滤液的1/3，然后，将两级得到的萃取合并，在相同的温度下，再用缓冲液二级逆流反萃取，表观分配系数为24，最后得到的萃取液体积是发酵液的1/6，求经过这两步骤操作后总的理论收率是多少？ 7．以醋酸丁酯萃取青霉素发酵液，采用单级萃取，醋酸丁酯与滤液的体积比为1：2.5，

萃取温度0℃，pH为3。萃取结束后以溶媒体积1/4的水在pH7时进行反萃取。设萃取过程完全无青霉素的破坏损失。求此萃取及反萃取的理论收得率及总收得率。

经测得醋酸丁酯·苄青霉素·水三元系统在0℃，pH2.5时的分配系数K=30。青霉素的pK值2.75。

8．在上例中为了提高理论收率和浓缩倍数，采用多级逆流萃取，萃取条件为pH3，温

度0℃，求浓缩倍数为6倍时，要求理论收率为97％时所需的理论级数。 9．在实际萃取操作时，pH条件的确定应从哪几方面同时考虑？pH对分离程度的影响

如何？ 10． 萃取时水相采取缓冲液的原因？温度及加盐析剂对萃取操作有何影响？

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11． 发酵液萃取时，为什么会发生乳化现象？乳浊液的类型决定于哪些因素？破乳化的方法有哪些？选择去乳化剂时，应同时考虑哪些因素？

超临界流体萃取法

１． 超临界流体有哪些性质？超临界流体原理是什么？ ２． 什么是夹带剂？它有什么作用？

离子交换法

1． 什么是离子交换树脂？其结构是怎样的？

2． 简述强酸、强碱、弱酸、弱碱型树脂性能的区别？

3． 大网格树脂和凝胶树脂在结构特性上有何区别？大网格离子交换树脂有哪些优点？

4． 什么叫树脂的交链度？它与凝胶树脂孔径大小有何关系？大网格树脂孔径大小主要与什么有关？

5． 掌握我国树脂的系统命名方法。试述下列几种常用离子交换树脂的骨架及功能团：1×7，110，101×4，201×4，122，330，1×25。

6． 树脂的预处理和再生方法怎样？各种理化性能的测定方法如何？

7． 什么是离子交换树脂的总交换容量、工作交换容量及相对交换容量？ 8． 如何正确理解有机大离子的离子交换平衡方程式。 9． 影响选择性系数K的因素有哪些？

10． 离子交换过程由哪几步组成？影响交换速度的因素有哪些？

11． 欲用阳离子交换树脂动态法交换吸附新霉素，为了确定树脂层是否全部达到饱和，可采取什么最简方法？

12． 总结用离子交换法提取生化物质时，应如何选择合适的树脂及最佳操作条件？ 13． 弱酸101×4钠型树脂吸附链霉素的容量为7.00meq/g干Na型，而其总交换容量为9.35meq/g（干H型），试求其相对交换容量。 14． 有一弱酸性物质，已知其pK=2.5，易溶于乙醇、丙酮中，在中性下较稳定，pH过低或过高时都不稳定，尤其在碱性下稳定性更差。试讨论应选用何种离子交换树脂来提取较为合适，决定其吸附和洗脱条件，并说明原因。

膜分离过程

1．简述超滤、微滤、反渗透、电渗析的基本原理，相同和不同之处。

2．不对称膜的结构特点是什么？有何优点？为什么会形成不对称结构？主要的膜材

料有哪些？

3．超滤器主要有哪些型式？操作方式可分哪几种？

4．何谓水通量、截留率和截断分子量？截断曲线陡直有何优点？影响截留率的因素是

哪些？

5．什么是浓差极化现象？膜面形成凝胶层后，压力和主体溶液浓度对超滤速度有何影

响？料液的流速和温度对超滤速度有何影响？应采取什么措施来减轻浓差极化现象？

6．膜的清洗方法有哪些？

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色谱法

1． 什么叫色谱分离法？它的基本原理是什么？

2． 混合物用迎头分析法进行层析时，能否得到纯组份？能否知道混合物中含有的组份数？洗脱分析法的优点是什么？

3． 为什么会引起色层的拖尾现象？梯度洗脱法为什么能减轻拖尾现象？

4． 分别叙述吸附色谱、分配色谱及离子交换色谱的分离机理，作为固定相和移动相的介质分别是什么？选择固定相、移动相的原则是什么？ 5． 如何通过pH层离法来确定萃取时溶液的最适pH？ 6． 试述凝胶色谱的分离原理及优点。常用的凝胶有哪些？

7． 亲和层析的原理是什么？载体和配基应符合什么条件？引入“手臂”的作用是什么？如何正确选择吸附和洗脱条件？

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