生物分离工程复习题

一、名词解释

1. 凝聚：在电解质作用下，破坏细胞菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态，使胶体粒子聚集的过程。

2. 分配系数：在一定温度、压力下，溶质分子分布在两个互不相溶的溶剂里，达到平衡后，它在两相的浓度为一

常数叫分配系数。

3. 絮凝：指在某些高分子絮凝剂存在下，在悬浮粒子之间发生架桥作用而使胶粒形成粗大的絮凝团的过程

4. 过滤：是在某一支撑物上放过滤介质，注入含固体颗粒的溶液，使液体通过，固体颗粒留下，是固液分离的常

用方法之一。

5. 萃取过程：利用在两个互不相溶的液相中各种组分（包括目的产物）溶解度的不同，从而达到分离的目的 6. 吸附：是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸附的能力，使其富集在吸附剂表面的过程。 7. 反渗析：当外加压力大于渗透压时，水将从溶液一侧向纯水一侧移动，此种渗透称之为反渗透。 8. 离心沉降：利用悬浮液或乳浊液中密度不同的组分在离心力场中迅速沉降分层，实现固液分离 9. 离心过滤：使悬浮液在离心力场作用下产生的离心力压力，作用在过滤介质上，使液体通过过滤介质成为滤液，

而固体颗粒被截留在过滤介质表面，从而实现固液分离，是离心与过滤单元操作的集成，分离效率更高

10. 离子交换：利用离子交换树脂作为吸附剂，将溶液中的待分离组分，依据其电荷差异，依靠库仑力吸附在树脂

上，然后利用合适的洗脱剂将吸附质从树脂上洗脱下来，达到分离的目的。

11. 固相析出技术：利用沉析剂（precipitator）使所需提取的生化物质或杂质在溶液中的溶解度降低而形成无定

形固体沉淀的过程。

12. 助滤剂：助滤剂是一种具有特殊性能的细粉或纤维，它能使某些难以过滤的物料变得容易过滤

13. 色谱技术：是一组相关分离方法的总称，色谱柱的一般结构含有固定相（多孔介质）和流动相，根据物质在两

相间的分配行为不同（由于亲和力差异），经过多次分配（吸附-解吸-吸附-解吸?），达到分离的目的。 14. 有机溶剂沉淀：在含有溶质的水溶液中加入一定量亲水的有机溶剂，降低溶质的溶解度，使其沉淀析出。 15. 等电点沉淀：调节体系pH值，使两性电解质的溶解度下降，析出的操作称为等电点沉淀。 16. 膜分离：利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，由于溶液中各组分透过膜的迁

移率不同而实现分离的一种技术。

17. 化学渗透破壁法：某些化学试剂，如有机溶剂、变性剂、表面活性剂、抗生素、金属螯合剂等，可以改变细胞

壁或细胞膜的通透性，从而使胞内物质有选择地渗透出来。

18. 超临界流体：超临界流体是状态超过气液共存时的最高压力和最高温度下物质特有的点——临界点后的流体。 19. 反渗透：在只有溶剂能通过的渗透膜的两侧，形成大于渗透压的压力差，就可以使溶剂发生倒流，使溶液达到

浓缩的效果，这种操作成为反渗透。

20. 树脂工作交换容量：单位质量干树脂或单位体积湿树脂所能吸附的一价离子的毫摩尔数称为树脂交换容量，在

充填柱上操作达到漏出点时，树脂所吸附的量称为树脂工作交换容量。

21. 色谱阻滞因数：溶质在色谱柱（纸、板）中的移动速率与流动相移动速率之比称为阻滞因数，以Rf表示。 22. 膜的浓差极化：是指但溶剂透过膜，而溶质留在膜上，因而使膜面浓度增大，并高于主体中浓度。

23. 超滤：凡是能截留相对分子量在500以上的高分子膜分离过程称为超滤，它主要是用于从溶剂或小分子溶质中

将大分子筛分出来。

24. 生物分离技术：是指从动植物与微生物的有机体或器官、生物工程产物（发酵液、培养液）及其生物化学产品

中提取、分离、纯化有用物质的技术过程。

25. 物理萃取：即溶质根据相似相溶的原理在两相间达到分配平衡，萃取剂与溶质之间不发生化学反应。 26. 化学萃取：则利用脂溶性萃取剂与溶质之间的化学反应生成脂溶性复合分子实现溶质向有机相的分配。

27. 盐析：是利用不同物质在高浓度的盐溶液中溶解度的差异，向溶液中加入一定量的中性盐，使原溶解的物质沉

淀析出的分离技术。

28. 有机聚合物沉析：利用生物分子与某些有机聚合物形成沉淀而析出的分离技术称为有机聚合物沉析。

29. 离子交换平衡：当正反应、逆反应速率相等时，溶液中各种离子的浓度不再变化而达平衡状态，即称为离子交

换平衡。

30. 功能基团：离子交换树脂中与载体以共价键联结的不能移动的活性基团，又称功能基团 31. 平衡离子：离子交换树脂中与功能基团以离子键联结的可移动的平衡离子，亦称活性离子。

32. 树脂的再生：就是让使用过的树脂重新获得使用性能的处理过程，树脂的再生反应是交换吸附的逆反应。 33. 层析分离：是一种物理的分离方法，利用多组分混合物中各组分物理化学性质的差别，使各组分以不同的程度

分布在两个相中。

34. 流动相：在层析过程中，推动固定相上待分离的物质朝着一个方向移动的液体、气体或租临界体等，都称为流

动相。

35. 正相色谱：是指固定相的极性高于流动相的极性，因此，在这种层析过程中非极性分子或极性小的分子比极性

大的分子移动的速度快，先从柱中流出来。

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36. 反相色谱：是指固定相的极性低于流动相的极性，在这种层析过程中，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。

37. 吸附层析：是以吸附剂为固定相，根据待分离物与吸附剂之间吸附力不同而达到分离目的的一种层析技术。 38. 分配层析：是根据在一个有两相同时存在的溶剂系统中，不同物质的分配系数不同而达到分离目的的一种层析

技术。

39. 凝胶过滤：层析是以具有网状结构的凝胶颗粒作为固定相，根据物质的分子大小进行分离的一种层析技术。 40. 离子交换层析：是以离子交换剂为固定相，根据物质的带电性质不同而进行分离的一种层析技术。 41. 高效液相色谱：是指选用颗粒极细的高效耐压新型固定相，借助高压泵来输送流动相，并配有实时在线检测器，

实现色谱分离过程全部自动化的液相色谱法。

42. 亲和层析：是利用生物活性物质之间的专一亲和吸附作用而进行的层析方法。是近年来发展的纯化酶和其他高

分子的一种特殊的层析技术。

43. 疏水层析：是利用表面偶联弱疏水性基团（疏水性配基）的疏水性吸附剂为固定相，根据蛋白质与疏水性吸附

剂之间的弱疏水性相互作用的差别进行分离纯化的层析技术。

44. 介电常数：表示介质对带有相反电荷的微粒之间的静电引力与真空对比减弱的倍数。

45. 过滤介质：是指能使固一液混合料液得以分离的某一介面，通常指滤布或膜过滤中所用的膜。

46. 等电点：是两性物质在其质点的净电荷为零时介质的pH值,溶质净电荷为零，分子间排斥电位降低，吸引力增

大，能相互聚集起来，沉淀析出，此时溶质的溶解度最低。

47. 有机酸沉析：含氮有机酸（如苦味酸和鞣酸等）能够与有机分子的碱性功能团形成复合物而沉淀析出。

48. 选择变性沉析：是利用蛋白质、酶与核酸等生物大分子对某些物理或化学因素敏感性不同，而有选择地使之变

性沉析，以达到目的物与杂蛋白分离的技术，称为选择变性沉析。 四、填空

1. 发酵液常用的固液分离方法有（ 离心 ）和（ 过滤 ）等。 2. 常用的蛋白质沉析方法有（等电点沉淀），（盐析）和（ 有机溶剂沉淀 ）。 3. 阳离子交换树脂按照活性基团分类，可分为（强酸型），（弱酸型）和（中等强度）；其典型的活性基团分别有

（磺酸基团），（羧基），（磷酸基）。 4. 蛋白质分离常用的色谱法有（凝胶色谱法） ，（多糖基离子交换色谱法），（高效液相色谱法）和（亲和色谱法） 。 5. 为使过滤进行的顺利通常要加入（惰性助滤剂）。

6. 离子交换分离操作中，常用的洗脱方法有（pH梯度） 和（离子强度（盐）梯度）。 7. 阴离子交换树脂按照活性基团分类，可分为（强碱型），（弱碱型）和（中等强度）；其典型的活性基团分别有

（季氨基）、（伯、仲、叔氨）、（强弱基团都具备）。 8. 离子交换树脂由（载体），（活性基团）和（可交换离子）组成。 9. 常用的化学细胞破碎方法有（渗透冲击），（酶消化法），（增溶法），（脂溶法）和（碱处理法）。 10. DEAE Sepharose是（阴）离子交换树脂，其活性基团是（二乙基氨基乙基）。 11. 影响离子交换选择性的因素有（离子化合价），（离子水化半径），（溶液浓度），（离子强度），（溶液的pH值） ，

（有机溶剂），（树脂物理结构）和（辅助力）。

12. CM Sepharose是（阳）离子交换树脂，其活性基团是 （羧甲基） 13. 工业离心设备从形式上可分为（管式），（套筒式），（碟片式），等型式。

14. 膜分离过程中所使用的膜，依据其膜特性（孔径）不同可分为 （微滤膜） ，（超滤膜），（纳滤膜）和（反渗

透膜）。

15. 工业上常用的超滤装置有（板式） ，（管式），（螺旋卷式）和（中空纤维式）。 16. 影响吸附的主要因素有（吸附剂的性质），（吸附质的性质） ，（温度），（溶液pH值），（盐浓度）和（吸附物

浓度和吸附剂用量）。

17. 影响盐析的因素有（溶质种类） ，（溶质浓度），（pH值）和（温度）。 18. 简单地说，离子交换过程实际上只有（外部扩散），（内部扩散）和（化学交换反应） 三步；

19. 反相高效液相色谱的固定相是（非极性）的，而流动相是（极性）的；常用的固定相有（C18）和（C8）；常用的

流动相有（甲醇）和（乙睛）。

20. 超临界流体的特点是与气体有相似的（粘度（扩散系数）），与液体有相似的（密度）。 21. 等电聚焦电泳法分离不同蛋白质的原理是依据其（等电点（pI））的不同； 22. 根据分离机理的不同，色谱法可分为（吸附色谱），（离子交换色谱），（凝胶色谱），（分配色谱）和（亲和色谱）。 23. 典型的工业过滤设备有（板框压滤机）和（真空转鼓过滤机）。 24. 常用离心设备可分为（离心沉降）和（离心过滤） 两大类；

25. 根据物化理论，萃取达到平衡时，溶质在萃取相和萃余相中的（浓度的比值）一定； 26. 根据吸附剂与吸附质之间存在的吸附力性质的不同，可将吸附分为（物理）、（化学）、（极性）和（交换）吸附； 27. 离子交换操作一般分为（动态）和（静态）两种；

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28. 蛋白质等生物大分子，在溶液中呈稳定的分散状态，其原因是由于（分子表面电荷）和（水化层）； 29. 盐析用盐的选择需考虑（盐析作用强）、（溶解度大）、（生物学惰性）和（来源丰富、经济）等几个方面的因素； 30. 影响有机溶剂沉淀的因素有（温度）、（pH）、（样品浓度）、（中性盐浓度）和（金属离子）。 31. 结晶包括三个过程（过饱和溶液的形成）、（晶核的形成）和（晶体的生长）。 32. 过饱和溶液的形成方法有（饱和溶液冷却）、（部分溶剂蒸发）、（解析）和（化学反应结晶）。 33. 物料中所含水分可分为（结合水）和（非结合水）三种；

34. 根据干燥曲线，物料干燥可分为（恒速干燥阶段）和（降速干燥阶段） 两个阶段； 35. 液－液萃取从机理上分析可分为（物理萃取）和（化学萃取）两类； 36. 大孔网状吸附剂有（非极性）、（中等极性）和（极性）三种主要类型； 37. 影响离子交换速度的因素有（树脂粒度）、（交联度）、（溶液流速）、（温度）、（离子的大小）、（离子的化合价）

和（离子浓度）。

38. 分配色谱的基本构成要素有（载体）、（固定相）和（流动相）。

39. 分子筛色谱也称（凝胶色谱）的主要应用是（脱盐）和（分级分离） 40. 根据膜结构的不同，常用的膜可分为（对称性膜）、（非对称膜）和（复合膜）三类； 41. 固体可分为（结晶）和（无定型）两种状态； 42. 结晶的前提是（过饱和溶液的形成）；结晶的推动力是（溶液的过饱和度）；

43. 根据晶体生长扩散学说，晶体的生长包括（溶质借扩散作用从溶液中转移到晶体的表面）、（溶质长入晶面放出

结晶热）和（结晶热传递回到溶液中）三个过程； 44. 影响晶体生长速度的主要因素有（杂质）、（搅拌）、（过饱和度）和（温度）。 五、简答与问答题

1、试述凝胶色谱的原理？

答：将混合原料加在柱上并用流动相洗脱，则无法进入孔隙内部的大分子直接被洗脱下来，小分子因为可以进入孔隙内部而受到很大的阻滞，最晚被洗脱下来，而中等大小的分子，虽然可以进入孔隙内部但并不深入，受到的阻滞作用不强，因而在两者之间被洗脱下来。 2、在色谱操作过程中为什么要进行平衡？

答：1、流速平衡：流速是柱层析操作当中的主要影响因素，流速的快慢直接影响着分离的效果，流速过快，混合物得不到完全的分离，流速过慢，整体分离的时间要延长，因此在分离前首先要确定留宿。

2、液体环境：为了保持被分离物质运动的均一性，以及好的吸附和解析效果，因此要保持孔隙内部和外部液体环境的一致，所以进行液体环境的平衡。

3、以羧酸吸附蛋白质为例，简要说明离子交换树脂的洗脱方法及其原理？

答：1、加碱：主要是调节蛋白质到达等电点，是蛋白质带电量减少，吸附力下降从而被洗脱下来。 2、加酸：主要是抑制羧酸的电离，使活性基团带电量下降，吸附力下降从而蛋白质被洗脱下来。 3、加盐：依照质量作用定律，把蛋白质洗脱下来。 3、在离子交换色谱操作中，怎样选择离子交换树脂？

答：1、对阴阳离子交换树脂的选择：正电荷选择阳离子交换树脂，负电荷选择阴离子交换树脂。 2、对离子交换树脂强弱的选择：较强的酸性或碱性，选择选用弱酸性或弱碱性树脂。

3、对离子交换树脂离子型的选择：根据分离的目的，弱酸或弱碱性树脂不使用H或OH型。 4、简述盐析的原理及产生的现象？

答：当中性盐加入蛋白质分散体系时可能出现以下两种情况： （1）“盐溶”现象—低盐浓度下，蛋白质溶解度增大 （2）“盐析”现象—高盐浓度下，蛋白质溶解度随之下降，原因如下：

（a）无机离子与蛋白质表面电荷中和，形成离子对，部分中和了蛋白质的电性，使蛋白质分子之间的排斥力减弱，从而能够相互靠拢；

（b）中性盐的亲水性大，使蛋白质脱去水化膜，疏水区暴露，由于疏水区的相互作用导致沉淀； 5、简述吸附色谱分离技术的原理？

答: 利用溶质与吸附剂之间的分子吸附力(范德华力，包括色散力、诱导力、定向力以及氢键)的差异而实现分离 6、在运用离子交换技术提取蛋白质时，为什么要使用多糖基离子交换剂？

答:因为离子交换树脂孔径小,大分子蛋白质难以进入。同时，树脂内部主要为疏水性，对亲水性的蛋白质会产生影响。而多糖基离子交换剂没有上述问题。 7、简述过饱和溶液形成的方法？ 答：（1）热饱和溶液冷却（等溶剂结晶）

适用于溶解度随温度升高而增加的体系；同时，溶解度随温度变化的幅度要适中； （2）部分溶剂蒸发法（等温结晶法）

适用于溶解度随温度降低变化不大的体系，或随温度升高溶解度降低的体系；

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（3）真空蒸发冷却法

使溶剂在真空下迅速蒸发，并结合绝热冷却，是结合冷却和部分溶剂蒸发两种方法的一种结晶方法。 （4）化学反应结晶

加入反应剂产生新物质，当该新物质的溶解度超过饱和溶解度时，即有晶体析出； 8、怎样进行离子交换树脂的预处理及转型？

答：物理处理：水洗、过筛，去杂，以获得粒度均匀的树脂颗粒；

化学处理：转型（氢型或钠型） 阳离子树脂 酸—碱—酸 阴离子树脂 碱—酸—碱 最后以去离子水或缓冲液平衡 9、何谓等电点沉析法？

答:蛋白质再等电点下的溶解度最低，根据这一性质，再溶液中加入一定比例的有机溶剂，破坏蛋白质表面的水化层和双电层，降低分子间斥力，加强了蛋白质分子间的疏水相互作用，使得蛋白质分子得以聚集成团沉淀下来。 10、何谓超临界流体萃取，并简述其分离原理？

答：超临界流体萃取是利用超临界流体具有的类似气体的扩散系数，以及类似液体的密度（溶解能力强）的特点，利用超临界流体为萃取剂进行的萃取单元操作。其特点是安全、无毒、产品分离简单，但设备投资较大。 11、简述结晶过程中晶体形成的条件？ 答：结晶过程包括过饱和溶液的形成、晶核的形成及晶体的生长三个过程，其中溶液达到过饱和状态是结晶的前提，过饱和度是结晶的推动力。

12、简述凝胶色谱的分离原理？

答：凝胶排阻色谱的分离介质（填料）具有均匀的网格结构，其分离原理是具有不同分子量的溶质分子，在流经柱床是，由于大分子难以进入凝胶内部，而从凝胶颗粒之间流出，保留时间短；而小分子溶质可以进入凝胶内部，由于凝胶多孔结构的阻滞作用，流经体积变大，保留时间延长。这样，分子量不同的溶质分子得以分离。 13、膜分离过程中，有那些原因会造成膜污染，如何处理？ 答：（1）膜污染主要有两种情况：一是附着层被滤饼、有机物凝胶、无机物水垢胶体物质或微生物等吸附于表面；另一种是料液中溶质结晶或沉淀造成堵塞。（3分）

（2）膜污染是可以预防或减轻的，措施包括料液预处理、膜性质的改善、操作条件改变等方式。（2分）

（3）膜污染所引起的通量衰减往往是不可逆的，只能通过清洗的处理方式消除，包括物理方法冲洗和化学药品溶液清洗等。（2分）

14、超临界萃取的原理及SC-CO2萃取的优点？

答:原理：溶质在超临界流体中的溶解度，与其密度有关，密度越大，溶解度越大。在临界点附近，微小的压力增加或温度下降，则溶剂的密度大幅度增加，对溶质的溶解度将大幅度增加，有利于溶质的萃取。而在临界点附近，微小的压力下降或温度上升，则溶剂的密度大幅度减少，对溶质的溶解度将大幅减少，有利于溶质的分离和溶剂的回收。

优点：无毒无腐蚀性，不可燃烧，价格低廉，传质好萃取快，临界温度和临界压力较低适合于热敏生物制品，可获萃取物或萃余物

15、何谓免疫亲和层析，简述亲和免疫层析介质的制备过程?

答、免疫亲和层析是利用亲和技术和色谱分离集成产生的一种高效色谱分离技术，其分离原理是通过抗原-抗体之间特异性的相互作用，从而实现高效的分离。

层析介质的制备过程包括：抗体的制备、抗体提取、载体活化，手臂链的连接、抗体的连接等步骤。 16、何谓亲和吸附，有何特点？

答：亲和吸附是吸附单元操作的一种，它是利用亲和吸附剂与目标物之间的特殊的化学作用实现的高效分离手段。亲和吸附剂的组成包括：惰性载体、手臂链、特异性亲和配基。

亲和吸附的特点是高效、简便、适用范围广、分离速度快、条件温和，但载体制备难度大，通用性差，成本较高。

17、简述生物分离过程的特点?

答: 1、产品丰富：产品的多样性导致分离方法的多样性 2、绝大多数生物分离方法来源于化学分离 3、生物分离一般比化工分离难度大

（1）成分复杂（2）悬液中的目标产物浓度低（3）生物活性，条件相对温和（4）生物产品要求高质量（5）获得高纯度的干燥产品（6）卫生

18、试比较凝聚和絮凝两过程的异同？

答：凝聚和絮凝——在电介质作用下，破坏溶质胶体颗粒表面的双电层，破坏胶体系统的分散状态，使胶体粒子聚集的过程。

凝聚：简单电解质降低胶体间的排斥力。从而范德华引力起主导作用，聚合成较大的胶粒，粒子的密度越大，越易分离。

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