教学目的：了解常用的分离方法，如沉淀分离法、萃取分离法、离子交换分离法和液相色谱分离法；气浮分离法和一些新的分离和富集方法简介作为选学内容。　　教学重点：萃取分离法、离子交换分离法和液相色谱分离法。　　教学难点：萃取分离法、离子交换分离法和液相色谱分离法的分离原理。

　8.1　概 述

　　在定量分析中，共存组分的干扰一般可通过控制分析条件或采用掩蔽法来消除。若仍无法解决问题时，就需要将测定组分与干扰组分分离。对于待测组分含量较低时，须先进行富集。富集过程也是分离过程。　　对分离的要求是分离要完全，即被测组分的损失要小至可以忽略不计，干扰组分不再干扰被测组分的测定。被测组分的损失，可用回收率来衡量。　　　　　　　　　　　（8-1）　　对回收率的要求随被测组分的含量不同而不同：　　被测组分大于１%：回收率应大于99.9%；　　被测组分在0.01%～1%之间：回收率应大于99%；　　被测组分低于0.01%（痕量组分）：回收率在90%～95%，有时可更低些。 　　8.1.1　沉淀分离法 　　1、常量组分的沉淀分离　　主要的方法有：　　① 氢氧化物沉淀分离　　a. 氢氧化钠法：可使两性元素与非两性元素分离。但一般得到的氢氧化物沉淀为胶体沉淀，共沉淀严重，分离效果并不理想。如用“小体积沉淀法”可改善沉淀的性质，提高分离效率。　　小体积沉淀法是在尽量小的体积和尽量大的浓度，同时加入大量没有干扰的盐类下进行。这样形成的沉淀含水量少，结构紧密。　　b. 氨水法：在铵盐存在下，加入氨水调节和控制pH为8～9，可使高价金属离子（如Fe3+、Al3+等）与大部分一、二价金属离子分离。加入铵盐的作用为：控制溶液的pH为8-9，防止Mg(OH)2沉淀和减少Al(OH)3的溶解；大量NH4+作为抗衡离子，减少氢氧化物对其它金属离的吸附；大量存在的电解质促进了胶体的凝聚。　　c. 有机碱法：六亚甲基四胺、吡啶、苯胺、苯肼等有机碱，与其共轭酸组成缓冲溶液，可控制溶液的pH值，使某些金属离子生成氢氧化物沉淀。　　d. ZnO悬浊液法：在酸性溶液中加ZnO悬浊液，ZnO与酸作用逐渐溶解，使溶液的pH提高，达到平衡后，可使溶液的pH约为6，使一部分氢氧化物沉淀。　　② 硫化物沉淀分离　　硫化物沉淀分离是根据各种硫化物的溶度积相差比较大的特点，通过控制溶液的酸度来控制硫离子浓度，而使金属离子相互分离。　　③ 其它无机沉淀剂：如硫酸、HF或NH4F、磷酸。　　④ 利用有机沉淀剂进行分离：如草酸等。　　2、痕量组分的共沉淀分离和富集　　在重量分析中，共沉淀现象是一种消极因素，在分离方法中，却能利用共沉淀现象来分离和富集微量组分。　　加入某种离子与沉淀剂生成沉淀作为载体，将痕量组分定量地沉淀下来，再将沉淀溶在少量溶剂中，以达到分离和富集的目的。　　① 无机共沉淀剂　　a. 利用表面吸附进行共沉淀： CuS可将0.02ug的Hg2+从1L溶液中沉淀出　　b. 利用生成混晶进行共沉淀。　　② 有机共沉淀剂　　灼烧时共沉淀剂易除去，吸附作用小，选择性高，相对分子质量大，体积也大，分离效果好. 　　a. 利用胶体的凝聚作用进行共沉淀：辛可宁，丹宁，动物胶　　b. 利用形成离子缔合物进行共沉淀：甲基紫，孔雀绿，品红，亚甲基蓝　　c. 利用“固体萃取剂”进行共沉淀： 　　8.1.2　挥发和蒸馏分离法 　　挥发和蒸馏分离法是利用物质的挥发性的差异进行分离的一种方法，可以除去干扰组分，也可使被测组分定分出后进行测定。　　无机物中具有挥发性的物质不多，因此这种方法的选择性高。砷的氢化物，硅的氟化物，锗、砷、锑、锡的氯化物都具有挥发性，可控制不同的馏出温度将其蒸出，用合适的吸收液吸收，便能进行测定。　　在有机分析中，也常用挥发和蒸馏分离法。例如C，H，O，N，S等元素的测定等。无论是无机物还是有机物中氮的测定，都是将化合物中的氮经一定处理转化为NH4+，然后在浓碱存在下将NH3蒸出并用酸吸收后进行测定。

　8.2　液-液萃取分离法

　　液-液萃取分离法又称溶剂萃取分离法，简称萃取分离法。　　萃取：把某组分从一个液相(水相)转移到互不相溶的另一个液相(有机相)的过程。　　　试液组分(水相) + 有机溶剂 → 水相(一些组分) + 有机相(一些组分) → 分离　　反萃取：有机相→水相 　　8.2.1　萃取分离法的基本原理 　　1、萃取过程的本质　　萃取过程的本质就是将物质由亲水性转化为疏水性的过程。　　　　　　　　　亲水性：易溶于水而难溶于有机溶剂的性质。金属离子在水中形成水合离子，具有亲水性，常见亲水基团有：－OH，－SO3H，－NH2，＝NH。　　疏水性：难溶于水而易溶于有机溶剂的性质。常见疏水基团有：烷基，卤代烷基，芳香基。　　物质含亲水基团越多，其亲水性越强。　　物质含疏水基团越多，其疏水性越强。　　2、分配系数和分配比　　a. 分配系数　　一定温度下，溶质A在水相和有机相达到平衡，如果溶质A在两相中存在的型体相同，如：　　　　　　　　　　A(水) A(有) 　　则　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　（8-2）　　此式称为分配定律，KD称为分配系数，在给定的温度下，KD是一常数。　　分配定律适用条件：1.稀溶液，可用浓度代替活度；2.溶质在两相中均以单一的相同形式存在，没有其他副反应。　　b. 分配比　　当溶质在水相和有机相中具有多种存在形式时，分配定律不适用。　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　 　　　　（8-3） 　　D称为分配比。　　当D>1时，说明溶质进入有机相的量比留在水中的量多。　　在两相中以单一形式存在，溶液较稀时，KD＝D。　　分配比并不是常数，与溶液的酸度、溶质的浓度等因素有关。　　3、萃取百分率　　萃取百分率E表示萃取的完全程度。　　　　　　　 　 　　（8-4）　　E与D的关系为：　　　　　　　　　 　 　　　　（8-5）　　当用等体积溶剂进行萃取时，即VW=VO时，则　　　　　　　　　　　　　 　 　　　　　　　　　（8-6）　　上式说明，当VW=VO时，若D=1，萃取一次的萃取百分率为50%；若要求萃取率大于90%，则D必须大于9；当分配比不高时，可采用多次连续萃取的方法来提高萃取率。　　设VW（mL）溶液内含有被萃取物m0(g)，用VO(mL)溶剂萃取一次，水相中剩余被萃取物m1(g)，则进入有机相的质量是(m0-m1)(g)，此时分配比为：　　　　　　　　　　 故　　　　　　　　　　　 　　若用VO（mL）溶剂，萃取n次，水相中剩余被萃取物为mn（g），则：　　　　　　　　　　　 　 　　　　　　　 　（8-7）　　同量的萃取溶剂，分几次萃取的效率比一次萃取的效率高。但增加萃取次数，会增加萃取操作的工作量，影响工作效率。 　　8.2.2　重要的萃取体系 　　1.螯合物萃取体系　　用于金属阳离子的萃取。 　　2.离子缔合物萃取体系　　离子缔合物——阳离子和阴离子通过静电引力结合形成的电中性化合物。　　a.金属阳离的离子缔合物　　b.金属络阴离子或无机酸根的离子缔合物　　　　3.溶剂化合物萃取体系　　溶剂化合物——溶剂分子通过其配位原子与无机化合物中金属离子相键合而形成的化合物。 　　4.简单分子萃取体系　　某些无机化合物，如I2，Cl2，Br2,GeCl4，AsI3，SnI4，OsO4等。 　　8.2.3　萃取条件的选择 　　1、螯合剂的选择　　螯合剂要与金属离子生成稳定的螯合物，含疏水基团多，亲水基团少。　　2、溶液的酸度　　溶液的酸度越低，则D值越大，就越有利于萃取。但酸度太低，金属离子可能水解，或引起其它副反应。　　3、萃取剂的选择　　相似相溶　　4、干扰离子的消除　　控制酸度；使用掩蔽剂 　　8.2.4　萃取分离技术 　　1.萃取方式：单级萃取、多级萃取、连续萃取　　2.分层　　3.洗涤：洗涤剂的组成与试液相同，但不含试样。　　4.反萃取：有机相→水相 　　溶剂萃取在分析化学中的应用：萃取分离；萃取富集；萃取比色。

　8.3　离子交换分离法

　　离子交换分离法是利用离子交换剂与溶液中的离子之间发生交换反应来进行分离的方法。 　　离子交换分离法实质是：使离子交换亲和力差别很小的待测组分在反复的交换洗脱过程中得到放大，从而在宏观上造成它们在交换柱中迁移速度上的差别, 使之分离。它既可分离不同电荷的离子，也可分离相同电荷的离子。但是操作较麻烦，周期长。　　离子交换分离法可用于：分离；富集微量物质；除去杂质，高纯物质的制备（去离子水）。 　　8.3.1　离子交换剂的种类和性质 　　1、离子交换剂的种类　　离子交换剂主要分为无机离子交换剂和有机离子交换剂。目前应用较多的是有机离子交换剂。　　有机离子交换剂又称离子交换树脂，具有网状结构，有骨架上有可以与溶液中的离子起交换作用的活性基团，如－SO3H，－COOH，＝NOH等。按性能可分为七类，如阳离子交换树脂，阴离子交换树脂，螯合树脂，大孔树脂，氧化还原树脂，萃淋树脂，纤维树脂等。现主要介绍应用最广的阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。　　a. 阳离子交换树脂：活性交换基团为酸性基团，它的阳离子可被溶液中的阳离子交换。　　强酸型：活性基团：-SO3H，在酸性、中性和碱性溶液中都能使用，如国产#732树脂。　　弱酸型：活性基团：-COOH，-OH，在中性、碱性中使用，如国产#724树脂。　　b. 阴离子交换树脂：活性交换基团为碱性基团，它的阴离子可被溶液中的阴离子交换。　　强碱型：活性基团为季胺基[－N(CH3)3Cl]，在酸性、中性和碱性溶液中都能使用，如国产#717树脂。　　弱碱型：活性基团为伯胺基（－NH2）、仲胺基（＝NH）或叔胺基（≡N）基团，在中性和酸性溶液中使用，如国产#701树脂。　　2、离子交换树脂的结构　　离子交换树脂为具有网状结构的高分子聚合物。例如，常用的聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂，就是以苯乙烯和二乙烯苯聚合后经磺化制得的聚合物。　　 　　　　　 　　3、交联度和交换容量　　a. 交联度：指树脂中含交联剂（如二乙烯苯）的质量分数。是树脂的重要性质之一。　　交联度小：网眼大，对水膨胀性好，交换速度快，选择性差，机械性能差。　　交联度大：网眼小，对水膨胀性差，交换速度慢，选择性好，机械性能高。　　树脂的交联度一般以4－14％为宜。　　b. 交换容量：指每克干树脂所能交换的一价离子的物质的量(mmol)。是树脂性质的另一指标。它决定于树脂网状结构内所含活性基团的数目。一般树脂的交换容量为3-6mmol/g。 　　8.3.2　离子交换树脂的亲和力 　　离子交换树脂对离子的亲和力反映了离子在离子交换树脂上的交换能力。离子交换的交换反应可用下式表示：　　　　　　　　R—┊A+ + B+ R—┊B+ + A+ 　　在上交换反应中，树脂R—与B+的静电吸引力大于R—与A+的吸引力，这种静电吸引力又称树脂对离子的亲和力。　　离子交换树脂的亲和力与水合离子的半径、电荷及离子的极化程度有关。　　离子半径：水合离子半径越小，亲和力越大；　　离子电荷：电荷越高，亲和力越大；　　　　例如，对于碱金属离子：　　水合离子半径：　　Li+＜Na+＜K+ 　　树脂的亲和力：　　Li+＜Na+＜K+ 　　交换到树脂的顺序：K+→Na+→Li+ 　　从树脂洗脱的顺序：Li+→Na+→K+ 　　8.3.3　离子交换分离操作 　　1.树脂的处理和装柱　　用水浸泡→溶胀后→盐酸浸泡→洗至中性　　装柱：将离子交换树脂装入交换柱内。　　　　　　　 　　2．交换：以一定速度由上向下经柱交换，“交界层”下移，离子中亲和力大的在上层，每种离子集中在柱的某以区域。　　　　　　　　　　　　 　　3.洗脱：洗脱(淋洗)就是将交换到树脂上的离子，用洗脱剂(或淋洗剂)置换下来的过程，是交换过程的逆过程。在洗脱过程中，亲和力最小离子的先被洗脱下来，亲和力最大的离子最后被洗脱下来。　　　　 　　4．树脂再生：将树脂恢复到交换前的形式。有时洗脱过程就是再生过程。　　一般阳离子树脂用３mol.L-1HCl浸泡，将其转为H+型；阴离子交换树脂用1mol.L-1NaOH浸泡，转为OH-型。 　　8.3.4　离子交换分离法的应用 　　1、水的净化　　水（含阳离子、阴离子杂质）→强酸型阳离子交换树脂（H+型）→强碱型阴离子交换树脂（OH-型）→H2O 　　2、微量组分的富集　　矿石中痕量Pt和Pd → PtCl62-、PdCl42- → Cl-型强碱型阴离子交换树脂 → PtCl62-、PdCl42-交换到树脂上 → 灰化树脂 → 王水浸取 → 光度法测定　　3、阴阳离子的分离　　Fe3+、HSO4- → 阳离子交换树脂 → Fe3+被树脂吸附 → HSO4-流出　　4、相同电荷离子的分离　　如Li+、Na+、K+的分离。　　　　　　　　　

　8.4　液相色谱分离法

　　色谱法又称层析法或色层法。　　色谱法是根据不同的物质在流动相与固定相的分配比不同而使物质分离的方法。由于各组分受到两相的作用力不同，从而使各组分以不同的速度移动，达到分离的目的。　　色谱法包括液相色谱法和气相色谱法。这里只简单介绍属于经典的液相色谱法的纸上色谱法、薄层色谱法和萃取色谱法。 　　8.4.1　纸上色谱分离法 　　载体：层析滤纸；　　固定相：滤纸上吸附的水分（约为纸质量的20%）；　　流动相：展开剂（有机溶剂）。　　由于毛细管作用，展开剂从下而上流动，被分离的物质在展开剂和固定相之间连续不断地分配，相当一起连续多次的萃取。　　组分上升的速度：分配比大的上升快，分配比小的上升慢，从而互相分离。　　显色后，测定比移值(Rf)：Rf = a/b 　　 　　定性分析：根据比移值判断，不同的物质有不同的比移值。　　定量分析：与相同条件下的标准色比较，或将斑点剪下，用试剂溶解后测定。 　　纸层析分析法(动画) 　　有机酸的纸层析色谱法(实验视频) 　　8.4.2　薄层色谱分离法 　　载体：玻璃板；　　固定相：吸附剂粉末铺成薄层作为固定相，吸附剂常为纤维素、硅胶、活性氧化铝等。　　流动相：展开剂。　　薄层色谱分离法是利用吸附剂对不同组分的吸附力的差异，造成它们在薄层上迁移速度的差别，从而得到分离，它形同纸上色谱，实同柱中层析，其比移值的计算同纸上色谱，它与纸上色谱相比具有速度快、灵敏度高、操作简便、应用广泛、显色方法多等特点。　　展开时，试样沿着吸附层不断地发生：溶解—吸附—再溶解—再吸附……的过程，易被吸附的物质移动得慢些，较难被吸附的物质移动得快些，经过一段时间后，不同物质上升的距离不一样而形成相互分开的斑点，从而达到分离。　　薄层色谱法是一种吸附层析,需利用各种不同极性的溶剂来配制适当的展开剂。　　吸附剂和展开剂的一般选择原则是：非极性组分的分离，选用活性强的吸附剂，用非极性展开剂；极性组分的分离，选用活性弱的吸附剂，用极性展开剂。　　半定量分析：与相同条件下标准物质的斑点面积和颜色比较；　　定量分析：将斑点刮下，溶解后测定，还可用光度计或荧光计直接测定斑点的吸光度或荧光强度，以确定含量。 　　薄层色谱分离法(动画) 　　薄层色谱法(实验视频) 　　8.4.3　反相分配色谱分离法 　　载体：色谱柱；　　固定相：有机相；　　流动相：水相。　　试液 → 色谱柱 → 组分集中在柱的上层 → 洗脱 → 各组分在两相间多次进行萃取-反萃取-萃取 → 洗脱液（组分分离）　　如Th(Ⅳ)、Zr(Ⅳ)和UO22+的分离：　　　　　

　8.5　气浮分离法

　　采用某种方式，向水中通入大量微小气泡，在一定条件下，使呈表面活性的待分离物质吸附或粘附于上升的气泡表面而浮升到液面，从而使某组分得以分离的方法。它主要是表面活性剂的加入，其极性端与水相中的离子或极性分子通过物理或化学作用结合在一起，当通入气泡时，表面活性剂就将这些物质连在一起定向排列在气—液界面，被气泡带到液面，形成泡沫层，达到分离。　　气浮分离法包括离子气浮法、沉淀气浮法、溶剂气浮法三种类型。

生物分离的基本概念 本文来自：博研联盟论坛 

    生物分离是从生物材料、微生物的发酵液、生物反应液或动植物细胞的培养液中分离并纯化有关产品（如具有药理活性作用的蛋白质等）的过程，又称为下游加工过程。 本文来自：博研联盟论坛 

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生物分离过程的主要特点 本文来自：博研联盟论坛 

  常无固定操作方法可循 本文来自：博研联盟论坛 

  生物材料组成非常复杂 本文来自：博研联盟论坛 

分离操作步骤多，不易获得高收率 本文来自：博研联盟论坛 

  培养液（或发酵液）中所含目的物浓度很低，而杂质含量却很高 本文来自：博研联盟论坛 

分离进程必须保护化合物的生理活性 本文来自：博研联盟论坛 

  生物活性成分离开生物体后，易变性、破坏 本文来自：博研联盟论坛 

  基因工程产品，一般要求在密封环境下操作。 本文来自：博研联盟论坛   本文来自：博研联盟论坛 

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生物分离的一般工艺流程 本文来自：博研联盟论坛 

发酵液→预处理→细胞分离→（ 细胞破碎→细胞碎片分离 ） 本文来自：博研联盟论坛 

↙ 本文来自：博研联盟论坛 

→初步纯化→高度纯化→成品加工 本文来自：博研联盟论坛 

注：（1）胞内产物需经细胞破碎，细胞碎片分离等步骤；胞外产物则将细胞去除后，对余下的液体即可进行初步纯化。 本文来自：博研联盟论坛 

  （2）在初步纯化及其以前的各步操作，处理的体积较大，着重于浓缩，称为提取或分离；以后各步为精细的分离操作，着重于纯化，称为精制（或纯化）。 本文来自：博研联盟论坛 

生物分离的各阶段的常用方法 本文来自：博研联盟论坛 

（1）发酵液的预处理 本文来自：博研联盟论坛 

n   加热     本文来自：博研联盟论坛 

n   调pH 本文来自：博研联盟论坛 

n   絮凝和凝聚 本文来自：博研联盟论坛 

（2 ）固液分离 本文来自：博研联盟论坛 

n   沉降 本文来自：博研联盟论坛 

n   离心分离 本文来自：博研联盟论坛 

n   过滤 本文来自：博研联盟论坛 

n   错流过滤 本文来自：博研联盟论坛 

（3）细胞破碎 本文来自：博研联盟论坛 

n   机械法 本文来自：博研联盟论坛 

高压匀浆、高速珠磨、 本文来自：博研联盟论坛 

超声波破碎     本文来自：博研联盟论坛 

n   非机械法 本文来自：博研联盟论坛 

化学法、酶解法、渗透压冲击法、冻结融化法、干燥法 本文来自：博研联盟论坛 

（4 ）初步纯化 本文来自：博研联盟论坛 

n   沉淀法 本文来自：博研联盟论坛 

n   吸附法 本文来自：博研联盟论坛 

n   萃取法 本文来自：博研联盟论坛 

n   超滤法 本文来自：博研联盟论坛 

（5）高度纯化 本文来自：博研联盟论坛 

n   层析 本文来自：博研联盟论坛 

亲和层析、凝胶层析、离子交换层析 本文来自：博研联盟论坛 

n   电泳 本文来自：博研联盟论坛 

n   结晶和重结晶 本文来自：博研联盟论坛 

（6 ）成品加工 本文来自：博研联盟论坛 

n   无菌过滤 本文来自：博研联盟论坛 

n   去热原 本文来自：博研联盟论坛 

n   干燥 本文来自：博研联盟论坛 

冷冻干燥、喷雾干燥 本文来自：博研联盟论坛 

n   制剂 本文来自：博研联盟论坛 

生物分离方法的选择依据 本文来自：博研联盟论坛 

n   传统生物药物（抗生素） 本文来自：博研联盟论坛 

    根据具体条件，通过小实验决定，选择时应考虑两个因素。 本文来自：博研联盟论坛 

（1）抗生素的理化性质：极性、酸碱性、溶解度等，了解其理化性质，通常利用纸层析和纸电泳的方法。 本文来自：博研联盟论坛 

（2）抗生素的稳定性：要了解它在什么样的pH和温度范围易受破坏。 本文来自：博研联盟论坛 

纸层析 本文来自：博研联盟论坛 

  抗生素在某一种溶剂中的Rf值大，表明它在该种溶剂中溶解度大；相反，如Rf值小，则溶解度小。如Rf为零，则说明不能溶解。如抗生素在极性强的溶剂中有较大的Rf值，则表明该抗生素是极性化合物；而非极性抗生素在非极性溶剂中Rf值较大，在极性溶剂中Rf值较小。 本文来自：博研联盟论坛 

纸电泳 本文来自：博研联盟论坛 

      通过纸层析判断为水溶性的抗生素，可用纸电泳法进一步判断其电离性质。 本文来自：博研联盟论坛 

      电泳结果与样品性质的判断见课本第六页表1-1。 本文来自：博研联盟论坛 

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生物分离方法的选择依据 本文来自：博研联盟论坛 

  基因工程药物 本文来自：博研联盟论坛 

    应根据目标蛋白和杂蛋白在物理、化学和生物化学方面性质的差异，如，生物特异性、分子量、等电点值和稳定性等。当几种方法联用时，最好以不同的分离机理为基础，且前一种方法处理过的液体应能适于后一种方法的料液。 本文来自：博研联盟论坛 

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发酵液（培养液）的预处理 本文来自：博研联盟论坛 

预处理的目的 本文来自：博研联盟论坛 

  改变发酵液（培养液）的物理性质，以利于固液分离。主要方法有：加热、凝聚与絮凝、使用助滤剂。 本文来自：博研联盟论坛 

去除发酵液（培养液）中部分杂质以利于后续各步操作。 本文来自：博研联盟论坛 

预处理的方法 本文来自：博研联盟论坛 

一、加热 本文来自：博研联盟论坛 

  加热是最简单和经济的预处理方法，即把发酵液（培养液）加热到所需温度并保温适当时间。加热能使杂蛋白变性凝固，从而降低发酵液（培养液）的粘度，使固液分离变得容易。但加热的方法只适合对热稳定的生物活性物质。 本文来自：博研联盟论坛 

预处理的方法 本文来自：博研联盟论坛 

二、凝聚和絮凝 本文来自：博研联盟论坛 

  凝聚和絮凝在预处理中，常用于细小菌体或细胞（分泌胞外产物）、细胞的（分泌胞内产物）碎片以及蛋白质等胶体粒子的去除。其处理过程就是将一定的化学药剂预先投加到发酵液（或培养液），改变细胞、菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态，破坏其稳定性，使它们聚集成可分离的絮凝体，再进行分离。但是应当注意，凝聚和絮凝是两种方法，两个概念，其具体处理过程也是有差别的。 本文来自：博研联盟论坛 

1．凝聚 本文来自：博研联盟论坛 

    凝聚是指在某些电解质作用下，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。 本文来自：博研联盟论坛 

  凝聚剂主要是一些无机类电解质，由于大部分被处理的物质带负电荷（如细胞或菌体一般带负电荷），因此工业上常用的凝聚剂大多为阳离子型，分为无机盐类、金属氧化物类。常用的无机盐类凝聚剂有：Al2（SO4）3?18H2O（明矾）、AlCl3?6H2O、FeCl3、ZnSO4、MgCO3等；常用的金属氧化物类凝聚剂有：Al(OH)3、Fe3O4、Ca(OH)2或石灰等。 本文来自：博研联盟论坛 

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2．絮凝 本文来自：博研联盟论坛 

    絮凝是指使用絮凝剂（通常是天然或合成的大分子量聚电解质），在悬浮粒子之间产生架桥作用而使胶粒形成粗大的絮凝团的过程。 本文来自：博研联盟论坛 

      常用的絮凝剂有聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、、聚丙烯酸钠和聚苯乙烯磺酸。 本文来自：博研联盟论坛 

  影响絮凝效果的因素很多，主要是絮凝剂的分子量，絮凝剂用量，溶液pH，搅拌速度和时间等。 本文来自：博研联盟论坛 

    三、使用惰性助滤剂 本文来自：博研联盟论坛 

    工业生产中有时需加入某些固体物质，以加速过滤速度，提高滤液质量，这种能提高过滤速度的物质称为助滤剂 本文来自：博研联盟论坛 

    助滤剂的使用方法有两种：①在过滤前先在过滤介质表面预涂（铺）一层助滤剂。②助滤剂按一定比例均匀加入待过滤的料液中。 本文来自：博研联盟论坛 

      常用的惰性助滤剂有硅藻土、珍珠岩、混合助滤剂（硅藻土或珍珠岩与石棉）、纤维素和活性炭。 本文来自：博研联盟论坛 

    助滤剂的选择要点如下： 本文来自：博研联盟论坛 

（1）粒度选择 本文来自：博研联盟论坛 

（2）根据过滤介质和过滤情况选择助滤剂的品种 本文来自：博研联盟论坛 

（3）用量选择 本文来自：博研联盟论坛 

四、去除杂蛋白质的其它方法 本文来自：博研联盟论坛 

1．等电点沉淀 本文来自：博研联盟论坛 

蛋白质在等电点时溶解度最小，能沉淀而除去。 本文来自：博研联盟论坛 

2．变性沉淀 本文来自：博研联盟论坛 

  使蛋白质变性的方法有：加热、大幅度改变pH，加有机溶剂（丙酮、乙醇等）、加重金属离子如Ag＋ 、Cu2＋ 、Pb2＋ 等、加有机酸如三氯乙酸、水杨酸、苦味酸、鞣酸、过氯酸等及表面活性剂。 本文来自：博研联盟论坛 

3．吸附 本文来自：博研联盟论坛 

  在发酵液中，加入一些反应剂，它们互相反应生成的沉淀物对蛋白质具吸附作用而使其凝固。 本文来自：博研联盟论坛 

预处理的方法 本文来自：博研联盟论坛 

五、不溶性多糖的去除 本文来自：博研联盟论坛 

  当发酵液中含有较多不溶性多糖时，粘度增大，液固分离困难，可用酶将它转化为单糖以提高过滤速度。例如在蛋白酶发酵液加α－淀粉酶，将培养基中多余的淀粉水解称单糖，就能降低发酵液粘度，提高滤速。 本文来自：博研联盟论坛 

预处理的方法 本文来自：博研联盟论坛 

六、高价金属离子的去除 本文来自：博研联盟论坛 

    对提取和成品质量影响较大的无机杂质主要是Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等高价金属离子，预处理中应将它们除去。 本文来自：博研联盟论坛 

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细胞破碎 本文来自：博研联盟论坛 

一、概念 本文来自：博研联盟论坛 

  破坏细胞壁和细胞膜，使胞内产物得到最大程度的释放。 本文来自：博研联盟论坛 

二、影响细胞破碎的因素 本文来自：博研联盟论坛 

  1、细胞壁的结构 本文来自：博研联盟论坛 

  2、破碎方法 本文来自：博研联盟论坛 

细胞壁的结构 本文来自：博研联盟论坛 

细菌 本文来自：博研联盟论坛 

　革兰氏阳性菌的细胞壁主要由肽聚糖层（约20－80nm）组成 ，而革兰氏阴性菌肽聚糖层较薄，仅2－3nm，在肽聚糖层外还有两层外壁层。外壁层约8－10nm，可见革兰氏阳性菌细胞壁较厚，较难破碎。 　　 本文来自：博研联盟论坛 

霉菌 本文来自：博研联盟论坛 

霉菌的细胞壁较厚，约100－250nm。 本文来自：博研联盟论坛 

酵母菌 本文来自：博研联盟论坛 

酵母的细胞壁比革兰氏阳性菌的细胞壁厚，更难破碎。 本文来自：博研联盟论坛 

　　　　　　　　　　　　　　 本文来自：博研联盟论坛 

破碎方法 本文来自：博研联盟论坛 

机械法 本文来自：博研联盟论坛 

高压匀浆法 本文来自：博研联盟论坛 

高速珠磨法 本文来自：博研联盟论坛 

超声波破碎法 本文来自：博研联盟论坛 

非机械法 本文来自：博研联盟论坛 

化学法 本文来自：博研联盟论坛 

酶解法 本文来自：博研联盟论坛 

物理法：渗透压冲击法、冻融法 本文来自：博研联盟论坛 

干燥法 本文来自：博研联盟论坛 

1、非机械法 本文来自：博研联盟论坛 

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A、高压匀浆法 本文来自：博研联盟论坛 

  适用于酵母菌、大肠杆菌、巨大芽孢杆菌和黑曲霉等。不适用于高度分枝的微生物。 本文来自：博研联盟论坛 

B、高速珠磨法：利用玻璃小珠与细胞悬液一起快速搅拌，由于研磨作用，使细胞破碎。 本文来自：博研联盟论坛 

C、超声波破碎法：实验室常用 本文来自：博研联盟论坛 

影响因素：频率、液体温度和粘度、处理时间等。 本文来自：博研联盟论坛 

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2、非机械法 本文来自：博研联盟论坛 

A、化学法：采用化学试剂处理细胞，溶解细胞或抽提细胞组分 本文来自：博研联盟论坛 

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B、酶解法 本文来自：博研联盟论坛 

      利用酶（溶菌酶、蛋白酶、脂肪酶、核酸酶、透明质酸酶等）反应分解破坏细胞壁上特殊的键，以达破壁的目的。需与其它方法配合使用（辐射、渗透压冲击、反复冻融法等） 本文来自：博研联盟论坛 

途径：在细胞悬液中加酶或采用自溶作用 本文来自：博研联盟论坛 

  自溶作用：利用微生物自身产生的酶来溶菌，而不需外加其它的酶 本文来自：博研联盟论坛 

自溶的方法： 本文来自：博研联盟论坛 

  加热法、干燥法 本文来自：博研联盟论坛 

C、渗透压冲击法 本文来自：博研联盟论坛 

      先把细胞放在高渗溶液中，由于渗透压作用，细胞内水分向外渗出，细胞发生收缩，当达到平衡后，将介质快速稀释或将细胞转入水或缓冲液中，由于渗透压发生突然变化，胞外的水分迅速渗入胞内，使细胞快速膨胀而破裂。 本文来自：博研联盟论坛 

D、冻结-融化法 本文来自：博研联盟论坛 

      将细胞放在低温（-150C），然后在室温中融化，反复多次，细胞壁破裂。 本文来自：博研联盟论坛 

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E、干燥法 本文来自：博研联盟论坛 

    经干燥后的菌体，其细胞膜的渗透性发生变化，同时部分菌体会产生自溶，然后用丙酮、丁醇或缓冲液等溶剂处理时，胞内物质就会被抽提出来。 本文来自：博研联盟论坛 

方法：空气干燥、真空干燥、喷雾干燥和冷冻干燥 本文来自：博研联盟论坛 

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三、破碎率的评价 本文来自：博研联盟论坛 

细胞破碎率定义为被破碎细胞的数量占原始细胞数量的百分比数，即： 本文来自：博研联盟论坛 

          Y(%)=[(N0-N)/N0]×100 本文来自：博研联盟论坛 

N0－原始细胞数量 本文来自：博研联盟论坛 

N－经t时间操作后保留下来的未损害完整细胞数量 本文来自：博研联盟论坛 

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目前N0和N主要通过下面的方法获得 ： 本文来自：博研联盟论坛 

直接计数法 本文来自：博研联盟论坛 

在血球计数板用显微镜观察，直接对适当稀释后的样品进行计数。 本文来自：博研联盟论坛 

间接计数法 本文来自：博研联盟论坛 

间接计数法是在细胞破碎后，测定悬浮液中细胞释放出来的化合物的量（例如可溶性蛋白、酶等）。通过做法是将破碎后的细胞悬浮液离心分离掉固体（完整细胞和碎片），然后用Lowry法测量上清中的蛋白质含量。 本文来自：博研联盟论坛 

四、各种破碎方法的评述 本文来自：博研联盟论坛 

高压均浆和珠磨两种机械破碎方法，处理量大，速度非常快，目前在工业生长上应用最广泛。但在机械法破碎过程中，容易产生大量的热量，使料液温度升高，而易造成生化物质的破坏，特别是在超声波处理时。因此，超声波振荡法主要适用于实验室或小规模的细胞破碎。 本文来自：博研联盟论坛 

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  非机械法一般仅适用于小规模应用。渗透压冲击和冻结－融解法都属于较温和的方法，但破碎作用较弱它们常与酶解法结合起来使用，提高破碎效果。干燥法属于较激烈的一种破碎方法，容易引起蛋白质或其它组分变性. 本文来自：博研联盟论坛 

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五、破碎方法的选择依据 本文来自：博研联盟论坛 

处理量 本文来自：博研联盟论坛 

高压匀浆和珠磨机处理量大，速度快，适用于工业生产 本文来自：博研联盟论坛 

产物对破碎条件（温度、化学试剂、酶等）的敏感性以及产物在细胞中的位置 本文来自：博研联盟论坛 

生化物质的稳定性 本文来自：博研联盟论坛 

细胞的数量和细胞壁的强度 本文来自：博研联盟论坛 

破碎程度 本文来自：博研联盟论坛 

提取分离的难易 本文来自：博研联盟论坛 

  总之，适宜的细胞破碎条件应该从高的产物释放率、低的能耗和便于后续提取这三方面进行权衡。 本文来自：博研联盟论坛 

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第三节 固液分离 本文来自：博研联盟论坛 

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固液分离：是指将发酵液（或培养液）中的悬浮固体，如细胞、菌体、细胞碎片以及蛋白质等的沉淀物或它们的絮凝体分离除去。 本文来自：博研联盟论坛 

一、固液分离设备 本文来自：博研联盟论坛 

过滤设备 本文来自：博研联盟论坛 

  板框压滤机 本文来自：博研联盟论坛 

  真空鼓式过滤机 本文来自：博研联盟论坛 

离心设备 本文来自：博研联盟论坛 

  过滤式离心机 本文来自：博研联盟论坛 

  沉降式离心机 本文来自：博研联盟论坛 

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1、过滤设备 本文来自：博研联盟论坛 

  板框过滤机 本文来自：博研联盟论坛 

原理   本文来自：博研联盟论坛 

特点   板框压滤机的过滤面积大，能耐受较高压力差，对不同过滤特性的料液适应性强，同时还具有结构简单，造价较低，动力消耗少等优点。但这种设备不能连续操作，设备笨重，占地面积大，非生产的辅助时间长（包括解框、卸饼、洗滤布、重新压紧板框等）。 本文来自：博研联盟论坛 

适用对象 广泛应用与培养基制备的过滤及霉菌、放线菌和酵母菌和细菌等多种发酵液的过滤 。 本文来自：博研联盟论坛 

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2、离心设备 本文来自：博研联盟论坛 

  过滤式离心机 本文来自：博研联盟论坛 

    转鼓上开有小孔，转鼓内表面覆盖过滤介质，在离心力的作用下，液体穿过过滤介质经小孔流出，固体被截留在过滤介质表面。主要用于处理悬浮液固体颗粒较大、固体含量高的场合。 本文来自：博研联盟论坛 

  沉降式离心机 本文来自：博研联盟论坛 

    转鼓上无小孔，不需要过滤介质，在离心力的作用下，固体沉降于鼓壁上，余下的即为澄清的液体。适用于固体量较低（小于10％）的场合。常用的沉降式离心机有碟式离心机和管式离心机。 本文来自：博研联盟论坛 

二、过滤方式 本文来自：博研联盟论坛 

常规过滤 本文来自：博研联盟论坛 

料液流动方向与过滤介质（能使固液混合料液得以分离的某一介面）垂直。 本文来自：博研联盟论坛 

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错流过滤 本文来自：博研联盟论坛 

料液流向平行于过滤介质。过滤介质通常为微孔膜或超滤膜。 本文来自：博研联盟论坛 

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三、影响固液分离的因素 本文来自：博研联盟论坛 

微生物种类 本文来自：博研联盟论坛 

    真菌的菌体大，固液分离容易，可采用鼓式真空过滤或板框过滤；细菌和细胞碎片小，固液分离较难，固液分离前要采用一些手段增大粒子。 本文来自：博研联盟论坛 

发酵液黏度 本文来自：博研联盟论坛 

    固液分离速度与黏度成反比 本文来自：博研联盟论坛 

其它因素 本文来自：博研联盟论坛 

    发酵液的PH值、温度和加热时间 本文来自：博研联盟论坛 

四、固液分离的发展动向 本文来自：博研联盟论坛 

    改善固液分离的手段主要从下列三方面进行： 本文来自：博研联盟论坛 

利用错流过滤 本文来自：博研联盟论坛 

利用遗传工程的方法来改变菌体的大小和形状 本文来自：博研联盟论坛 

采用双水相萃取处理细胞匀浆液

[06.0710]分子筛催化剂



1.   分子筛的概念

分子筛是结晶型的硅铝酸盐，具有均匀的孔隙结构。分子筛中含有大量的结晶水，加热时可汽化除去，故又称沸石。自然界存在的常称沸石，人工合成的称为分子筛。它们的化学组成可表示为

Mx/n[(AlO2)x·(SiO2)y] ·ZH2O

式中M是金属阳离子，n是它的价数，x是AlO2的分子数，y是SiO2分子数，Z是水分子数，因为AlO2带负电荷，金属阳离子的存在可使分子筛保持电中性。当金属离子的化合价n = 1时，M的原子数等于Al的原子数；若n = 2，M的原子数为Al原子数的一半。

常用的分子筛主要有：方钠型沸石，如A型分子筛；八面型沸石，如X-型，Y-型分子筛；丝光型沸石（-M型）；高硅型沸石，如ZSM-5等。分子筛在各种不同的酸性催化剂中能够提供很高的活性和不寻常的选择性，且绝大多数反应是由分子筛的酸性引起的，也属于固体酸类。近20年来在工业上得到了广泛应用，尤其在炼油工业和石油化工中作为工业催化剂占有重要地位。



2.分子筛的结构特征

（1）四个方面、三种层次：

分子筛的结构特征可以分为四个方面、三种不同的结构层次。第一个结构层次也就是最基本的结构单元硅氧四面体（SiO4）和铝氧四面体（AlO4），它们构成分子筛的骨架。相邻的四面体由氧桥连结成环。环是分子筛结构的第二个层次，按成环的氧原子数划分，有四元氧环、五元氧环、六元氧环、八元氧环、十元氧环和十二元氧环等。环是分子筛的通道孔口，对通过分子起着筛分作用。氧环通过氧桥相互联结，形成具有三维空间的多面体。各种各样的多面体是分子筛结构的第三个层次。多面体有中空的笼，笼是分子筛结构的重要特征。笼分为α笼，八面沸石笼，β笼和γ笼等。

（2）分子筛的笼：

α笼：是A型分子筛骨架结构的主要孔穴，它是由12个四元环，8个六元环及6个八元环组成的二十六面体。笼的平均孔径为1.14nm，空腔体积为760[Å]3。α笼的最大窗孔为八元环，孔径0.41nm。

八面沸石笼：是构成X-型和Y-型分子筛骨架的主要孔穴，由18个四元环、4个六元环和4个十二元环组成的二十六面体，笼的平均孔径为1.25nm，空腔体积为850[Å]3。最大孔窗为十二元环，孔径0.74nm。八面沸石笼也称超笼。

β笼：主要用于构成A型、X-型和Y型分子筛的骨架结构，是最重要的一种孔穴，它的形状宛如有关削顶的正八面体，空腔体积为160[Å]3，窗口孔径为约0.66nm，只允许NH3、H2O等尺寸较小的分子进入。

此外还有六方柱笼和γ笼，这两种笼体积较小，一般分子进不到笼里去。

不同结构的笼再通过氧桥互相联结形成各种不同结构的分子筛，主要有A-型、X型和Y型。

（3）几种具有代表性的分子筛

A型分子筛

类似于NaCl的立方晶系结构。若将NaCl晶格中的Na+和Cl-全部换成β笼，并将相邻的β笼用γ笼联结起来就得到A-型分子筛的晶体结构。8个β笼联结后形成一个方钠石结构，如用γ笼做桥联结，就得到A-型分子筛结构。中心有一个大的α的笼。α笼之间通道有一个八元环窗口，其直径为4Å，故称4A分子筛。若4A分子筛上70%的Na+为Ca2+交换，八元环可增至5Å，对应的沸石称5A分子筛。反之，若70%的Na+为K+交换，八元环孔径缩小到3Å，对应的沸石称3A分子筛。

X-型和Y-型分子筛

类似金刚石的密堆六方晶系结构。若以β笼为结构单元，取代金刚石的碳原子结点，且用六方柱笼将相邻的两个β笼联结，即用4个六方柱笼将5个β笼联结一起，其中一个β笼居中心，其余4个β笼位于正四面体顶点，就形成了八面体沸石型的晶体结构。用这种结构继续连结下去，就得到X-型和Y型分子筛结构。在这种结构中，由β笼和六方柱笼形成的大笼为八面沸石笼，它们相通的窗孔为十二元环，其平均有效孔径为0.74nm，这就是X-型和Y-型分子筛的孔径。这两种型号彼此间的差异主要是Si/Al比不同，X-型为1~1.5；Y型为1.5~3.0。

丝光沸石型分子筛

这种沸石的结构，没有笼而是层状结构。结构中含有大量的五元环，且成对地联系在一起，每对五元环通过氧桥再与另一对联结。联结处形成四元环。这种结构单元进一步联结形成层状结构。层中有八元环和十二元环，后者呈椭圆形，平均直径0.74nm，是丝光沸石的主孔道。这种孔道是一维的，即直通道。

高硅沸石ZSM（Zeolite Socony Mobil）型分子筛

这种沸石有一个系列，广泛应用的为ZSM-5，与之结构相同的有ZSM-8和ZSM-11；另一组为ZSM-21、ZSM-35和ZSM-38等。ZSM-5常称为高硅型沸石，其Si/Al比可高达50以上，ZSM-8可高达100，这组分子筛还显出憎水的特性。它们的结构单元与丝光沸石相似，由成对的五元环组成，无笼状空腔，只有通道。ZSM-5有两组交叉的通道，一种为直通的，另一种为之字型相互垂直，都由十元环形成。通道呈椭圆形，其窗口直径为（0.55-0.60）nm。属于高硅族的沸石还有全硅型的Silicalite-1，结构与ZSM-5一样，Silicalite-2与ZSM-11一样。

磷酸铝系分子筛

该系沸石是继60年代Y-型分子筛，70年代ZSM-5型高硅分子筛之后，于80年代出现的第三代新型分子筛。包括大孔的AlPO-5（0.1-0.8nm），中孔的AlPO-11（0.6nm）和小孔的AlPO-34（0.4nm）等结构及MAPO-n系列和AlPO径经Si化学改性成的SAPO系列等。



4.分子筛催化剂的催化作用机理

分子筛具有明确的孔腔分布，极高的内表面积（600m2/s）良好的热稳定性（1000℃），可调变的酸位中心。分子筛酸性主要来源于骨架上和孔隙中的三配位的铝原子和铝离子(AlO)+。经离子交换得到的分子筛HY上的OH基显酸位中心，骨架外的铝离子会强化酸位，形成L酸位中心。像Ca2+、Mg2+、La3+等多价阳离子经交换后可以显示酸位中心。Cu2+、Ag+等过渡金属离子还原也能形成酸位中心。一般来说Al/Si比越高，OH基的比活性越高。分子筛酸性的调变可通过稀盐酸直接交换将质子引入。由于这种办法常导致分子筛骨架脱铝。所以NaY要变成NH4Y，然后再变为HY。

（1）分子筛具择形催化的性质

因为分子筛结构中有均匀的小内孔，当反应物和产物的分子线度与晶内的孔径相接近时，催化反应的选择性常取决于分子与孔径的相应大小。这种选择性称之为择形催化。导致择形选择性的机理有两种，一种是由孔腔中参与反应的分子的扩散系数差别引起的，称为质量传递选择性；另一种是由催化反应过渡态空间限制引起的，称为过渡态选择性。择形催化有4种形式：

反应物择形催化

当反应混合物中某些能反应的分子因太大而不能扩散进入催化剂孔腔内，只有那些直径小于内孔径的分子才能进入内孔，在催化活性部分进行反应。

产物的择形催化

当产物混合物中某些分子太大，难于从分子筛催化剂的内孔窗口扩散出来，就形成了产物的择形选择性。

过渡态限制的选择性

有些反应，其反应物分子和产物分子都不受催化剂窗口孔径扩散的限制，只是由于需要内孔或笼腔有较大的空间，才能形成相应的过渡态，不然就受到限制使该反应无法进行；相反，有些反应只需要较小空间的过渡态就不受这种限制，这就构成了限制过渡态的择形催化。

ZSM-5常用于这种过渡态选择性的催化反应，最大优点是阻止结焦。因为ZSM-5较其他分子筛具有较小的内孔，不利于焦生成的前驱物聚合反应需要的大的过渡态形成。因而比别的分子筛和无定形催化剂具有更长的寿命。

分子交通控制的择形催化

在具有两种不同形状和大小和孔道分子筛中，反应物分子可以很容易地通过一种孔道进入到催化剂的活性部位，进行催化反应，而产物分子则从另一孔道扩散出去，尽可能地减少逆扩散，从面增加反应速率。这种分子交通控制的催化反应，是一种特殊形式的择形选择性，称分子交通控制择形催化。

（2）择形选择性的调变

可以通过毒化外表面活性中心；修饰窗孔入口的大小，常用的修饰剂为四乙基原硅酸酯；也可改变晶粒大小等。

择形催化最大的实用价值，在于利用它表征孔结构的不同，是区别酸性分子筛的方法之一。择形催化在炼油工艺和石油工业生产中取得了广泛的应用，如分子筛脱腊、择形异构化、择形重整、甲醇合成汽油、甲醇制乙烯、芳烃择形烷基化等。

关于柱层析和TLC薄层分析的一点心得



柱层析和TLC是有机化学工作者必须下苦功夫的两项实验技术。这两项技术掌握与否，对于提高实验的效率至关重要。常见的例子是：在柱层析时，由于层析柱中的硅胶填料装得不均匀（没有填严实），使得柱子在淋洗过程中就因为出现太多气泡变花，导致分离效果不好。更常见的例子是：层析柱虽然装得不错，但是由于淋洗剂选择不恰当，结果导致几十毫克产品，用了几百毫升淋洗剂都还没有完全分离。分离同样的东西，熟手可能只需要半个小时，而一个层析技术不过关的人可能半天都不能得到纯品。由此可见，这两项技术掌握与否，对于提高工作效率，减轻工作量，减少有机溶剂的使用，从而对身心健康和环境保护都有明显的作用。

柱层析关键在于柱子是否装好和淋洗剂是否选择恰当。而淋洗剂的选择则是通过TLC确定。这里要指出的一点是：TLC的作用除了跟踪反应进程，检测试剂和原料纯度外，一个重要的用途就是为柱层析选择适当的淋洗剂。

首先谈柱层析：

装柱子（添硅胶）时，有两种方法：即湿法装柱和干法装柱，二者各有优劣。不论干法还是湿法，硅胶（固定相）的上表面一定要平整，并且硅胶（固定相）的高度一般为15cm左右，太短了可能分离效果不好，太长了也会由于扩散或拖尾导致分离效果不好。

湿法装柱是先把硅胶用适当的溶剂拌匀后，再填入柱子中，然后再加压用淋洗剂"走柱子"，本法最大的优点是一般柱子装的比较结实，没有气泡。

干法装柱则是直接往柱子里填入硅胶，然后再轻轻敲打柱子两侧，至硅胶界面不再下降为止，然后再填入硅胶至合适高度，最后再用油泵直接抽，这样就会使得柱子装的很结实。接着是用淋洗剂"走柱子"，一般淋洗剂是采用TLC分析得到的展开剂的比例再稀释一倍后的溶剂。通常上面加压，下面再用油泵抽，这样可以加快速度。干法装柱较方便，但最大的缺陷在于"走柱子"时，由于溶剂和硅胶之间的吸附放热（可以用手摸柱子明显感觉到），容易产生气泡，这一点在使用低沸点的淋洗剂时如乙醚，二氯甲烷更为明显。虽然产生的气泡在加压的情况下不易察觉，但是，一旦撤去压力，如在上样、加溶剂等操作的时候，气泡就会释放出来，严重时，整个柱子变花，样品不可能平整地通过，当然也就谈不上分离了。解决的办法是：第一、硅胶一定要天结实；第二、 一定要用较多的溶剂"走柱子"，一定要到柱子的下端不再发烫，恢复到室温后再撤去压力。

也有介绍在硅胶的最上层填上一小层石英砂，防止添加溶剂的时候，使得样品层不再整齐。但我的感觉是如果小心上样，添加溶剂，则没有这个必要。

上样也有干法和湿法之分：干法就是把待分离的样品用少量溶剂溶解后，在加入少量硅胶，拌匀后再旋去溶剂。如此得到的粉末再小心加到柱子的顶层。干法上样较麻烦，但可以保证样品层很平整。湿法上样就是用少量溶剂（最好就是展开剂，如果展开剂的溶解度不好，则可以用一极性较大的溶剂，但必须少量）将样品溶解后，再用胶头滴管转移得到的溶液，沿着层析柱内壁均匀加入。然后用少量 芗 洗涤后，再加入。湿法较方便，熟手一般采用此法。

上样完毕后，接着即用淋洗剂淋洗。淋洗剂一般采用TLC分析得到的展开剂的比例再稀释一倍后的溶剂。由于层析柱和薄板的不同，即使两者使用的硅胶都相同，但是在把TLC分析得到的展开剂用在柱层析时，也显得极性偏大，所以要稀释一倍，但又不能稀 释太多，否则成了靠扩散作用来分离，效果也不会好。

接下来谈TLC，需要切记的是：

第一、某种样品在这种展开剂中只显示一个点，并不等于在别的展开剂中也只显示一个点。因此在寻找展开剂时，多尝试几种比例不同，成分不同的展开剂。展开剂的极性太小，点分不开，极性太大，也分不开.一般以目标产物的Rf值在0.3左右为最佳。

第二、点不能点得太浓,否则容易重叠,不易判断,因为如果两个点相近的话,一浓就变成一个点了。   第三、板上点的展开的清晰程度和溶剂的极性和物质在该溶剂中的溶解性有关，只有两者比较合适才能有一个交好的分离效果。  

选择适当的展开剂是首要任务.一般常用溶剂按照极性从小到大的顺序排列大概为：石油迷<己烷<苯<乙醚

展开剂的比例要靠尝试.一般根据文献中报道的该类化合物用什么样的展开剂，就首先尝试使用该类展开剂，然后不断尝试比例，直到找到一个分离效果好的展开剂。很多时候,展开剂的选择要靠自己不断变换展开剂的组成来达到最佳效果。我在实验中，为了实现一个配体与其他杂质有效分离，曾经尝试了所有的溶剂用来两两组合后，最后才找到petroleum ether/THF这类不常见的混合溶剂。

一般把两种溶剂混合时,采用高极性/低极性的体积比为1/3的混合溶剂,如果有分开的迹象,再调整比例,达到最佳效果，如果没有分开的迹象，最好是换溶剂。

对于在硅胶中这种酸性物质上易分解的物质，在展开剂里往往加一点点三乙胺，氨水，吡啶等碱性物质来中和硅胶的酸性。当然，选择所添加的碱性物质，还必须考虑容易从产品中除去，氨水无疑是较好的选择。

这里要特别强调的一点是：分离效果的好坏和所用硅胶和溶剂的质量很有关系。不同厂家生产的硅胶可能含水量以及颗粒的粗细程度，酸性强弱不同，从而导致产品在某个厂家的硅胶中分离效果很好，但在另一个厂家的就不行。溶剂的含水量和杂质含量对分离效果都有明显的影响。温度对分离效果影响也很明显。我们实验室没有空调，我在 实验过程发现，在夏天分离相同的产品，所需的淋洗剂极性要比在冬天小很多，这一点 大家也是可以理解的。

鉴于此，使用的硅胶，不用时一定要密封，防止吸潮。TLC所用的硅胶板一定要保存 在干燥器里面，或使用前在红外烘箱里干燥一段时间。

在利用TLC跟踪反应时，在点板的时候往往是反应体系的混和溶液点一个点A，每种 难挥发的原料各点一个点B,C, D等等，然后所有的原料和反应体系的混合溶剂再共同点 一个混合点X，这些点在板上的位置如图所示：   A X B C D

这样的好处是展开后可以清楚地看见每个点的位置，把A这个点展开后的各个层份的 点与B,C,等原料比较，从而判断原料消失没有，点混合点X的目的在于，方便观察，因为 有时候，板展开后，各点的位置有些变形，或者由于边缘效应等等，使得判断不易。

利用TLC判断物质的纯度时，往往要和NMR相结合，因为某种样品在这种展开剂中只 显示一个点，并不等于在别的展开剂中也只显示一个点。但有趣的是，由于H NMR可鉴别 的纯度也就在95%左右，有时候H NMR现示较纯的东西，一点板就会发现有几个点。所以，两者要结合使用。但是自己以前的样品，则可以只通过点板来判断纯度。

结晶和重结晶的操作步骤



结晶和重结晶包括以下几个主要操作步骤：

1.将需要纯化的化学试剂溶解于沸腾或将进沸腾的适宜溶剂中；

2.将热溶液趁热抽滤，以除去不溶的杂质；

3.将滤液冷却，使结晶析出；

4.滤出结晶，必要时用适宜的溶剂洗涤结晶。

在实施结晶和重结晶的操作时要注意以下几个问题；

1.在溶解预纯化的化学试剂时要严格遵守实验室安全操作规程，加热易燃、易爆溶剂时，应在没有明火的环境中操作，并应避免直接加热。因为在通常的情况下，溶解度曲线在接近溶剂沸点时陡峭地升高，故在结晶和重结晶时应将溶剂加热到沸点。为使结晶和重结晶地收率高，溶剂的量尽可能少，故在开始加入的溶剂量不足以将欲纯化的化学试剂全部溶解，在加热的过程中可以小心的补加溶剂，直到沸腾时固体物质全部溶解为止。补加溶剂时要注意，溶液如被冷却到其沸点以下，防爆沸石就不在有效，需要添加新的沸石。

2.为了定量地评价结晶和重结晶地操作，以及为了便于重复，固体和溶剂都应予以称量和计量。

3.在使用混合溶剂进行结晶和重结晶时，最好将欲纯化的化学试剂溶于少量溶解度较大的溶剂中，然后趁热慢慢地分小份加入溶解度较小的第二种溶剂，直到它触及溶液的部位有沉淀生成但旋即有溶解为止。如果溶液的总体积太小，则可多加一些溶解度大的溶剂，然后重复以上操作。有时也可用相反的程序，将欲纯化的化学试剂悬浮于溶解度小的溶剂中，慢慢加入溶解度大的溶剂，直至溶解，然后再滴入少许溶解度小的溶剂加以冷却。

4.如有必要可在欲纯化的化学试剂溶解后加入活性炭进行脱色（用量约相当于欲纯化的物质重量的1/50~1/20），或加入滤纸浆、硅藻土等使溶液澄清。加入脱色剂之前要先将溶剂稍微冷却，因为加入的脱色剂可能会自动引发原先抑制的沸腾，从而发生激烈的、爆炸性的暴沸。活性碳内含有大量的空气，故能产生泡沫。加入活性碳后可煮沸5－10分钟，然后趁热抽滤去活性碳。在非极性溶剂，如苯、石油醚中活性碳脱色效果不好，可试用其他办法，如用氧化铝吸附脱色等。

5.欲纯化的化学试剂为有机试剂时，形成过饱和溶液的倾向很大，要避免这种现象，可加入同种试剂或类质同晶物的晶种。用玻璃棒摩擦器壁也能形成晶核，此后晶体即沿此核心生长。

6.结晶的速度有时很慢，冷溶液的结晶有时要数小时才能完全。在某些情况下数星期或数月后还会有晶体继续析出，所以不应过早将母液弃去。

7.为了降低欲纯化试剂在溶液中的溶解度，以便析出更多的结晶，提高产率，往往对溶液采取冷冻的方法。可以放入冰箱中或用冰、混合制冷剂冷却。

8.制备好的热溶液必须经过过滤，以除去不溶性的杂质，而且必须避免在抽滤的过程中在过滤器上结晶出来。若是一切操作正规，确实由于该试剂太易析出结晶而阻碍抽滤时，则可将溶液配制地稍微稀一些，或者采用保温或加热过滤装置（如保温漏斗）过滤。

9.欲使析出地晶体于母液有效地分离，一般用布氏漏斗抽滤。为了更好地使晶体和母液分离，最好用清洁地玻璃塞将晶体在布氏漏斗上挤压，并随同抽气尽量地去除母液。晶体表面地母液，可用尽量少地溶剂来洗涤。这是应暂时停止抽气，用玻璃棒或不锈钢刀将已压紧地晶体挑松，加入少量地溶剂润湿，稍待片刻，使晶体能均匀地被浸透，然后再抽干，这样重复一、二次，使附于浸透表面地母液全部除去为止。

10.晶体若遇热不分解时，可采用在烘箱中加热烘干的方法干燥。若晶体遇热易分解，则应注意烘箱的温度不能过高，或放在真空干燥器中在室温下干燥。若用沸点较高的溶剂重结晶时，应用沸点低的且对晶体溶解度很小的溶剂洗涤，以利于干燥。易潮解的晶体应将烘箱欲先加热到一定的温度，然后将晶体放入；但是极易潮解的晶体，往往不能用烘箱烘，必须迅速放入到真空干燥器中干燥。用易燃的有机溶剂重结晶的晶体在送入烘箱前，应预先在空气中干燥，否则可能引起溶剂的燃烧或爆炸。

11.小量及微量的物质的重结晶：小量的物质的结晶或重结晶基本要求同前所述，但均采用与该物质的量相适应的小容器。微量物质的结晶和重结晶可在小的离心管中进行。热溶液制备后立即离心，使不容的杂质沉于管底，用吸管将上层清夜移至到另一个小的离心管中，令其结晶。结晶后，用离心的方法使晶体和母液分离。同时可在离心管中用小量的溶剂洗涤晶体，用离心的方法将溶剂与晶体分离.

12.母液中常含有一定数量的所需要的物质，要注意回收。如将溶剂除去一部分后再让其冷却使结晶析出，通常其纯度不如第一次析出来的晶体。若经纯度检查不合要求，可用新鲜溶剂结晶，直至符合纯度要求为止。

膜分离技术综述一

  膜分离技术是近三十多年来发展起来的高新技术，是多学科交*的产物，亦是化学工程学科发展新的增长点。它与传统的分离方法比较，具有如下明显的优点：

1.高效：由于膜具有选择性，它能有选择性地透过某些物质，而阻挡另一些物质的透过。选择合适的膜，可以有效地进行物质的分离，提纯和浓缩；

2.节能：多数膜分离过程在常温下*作，被分离物质不发生相变, 是一种低能耗，低成本的单元*作；

3.过程简单、容易*作和控制；

4.不污染环境。

  由于这些优点、使膜分离技术在短短的时间迅速发展起来，已广泛有效地应用于石油化工、生化制药、医疗卫生、冶金、电子、能源、轻工、纺织、食品、环保、航天、海运、人民生活等领域，形成了独立的新兴技术产业。目前，世界膜市场以每年递增14～30％速度发展，它不仅自身形成了每年约百亿美元的产值，而且有力地促进了社会、经济及科技的发展。特别是，它的应用与节能、环境保护以及水资源的再生有密切的关系，因此在当今世界上能源短缺、水荒和环境污染日益严重的情况下，膜分离技术得到世界各国的普遍重视，欧、美、日等发达国家投巨资立专项进行开发研究，已取得在此领域的领先地位。我国在“六五”、“七五”、“八五”、“九五”以及863、973计划中均列为重点项目，给予支持。

  关于发展膜分离技术的重要性，美国官方的文件说，“18世纪电器改变了整个工业过程，而20世纪膜技术改变了整个面貌”。1987年日本东京召开的国际膜与膜过程会议上，曾将“21世纪的多数工业中膜过程所扮演的战略角色”列为专题进行深入讨论，与会的专家一致认为，膜技术将是20世纪末到21世纪中期最有发展前途的高技术之一。世界著名的化工与膜专家，美国国家工程院院士、北美膜学会主席黎念之博士(我校化工系兼职教授)在1994年应邀访问我国时说“要想发展化工就必须发展膜技术”。国际学术界一致认为“谁掌握了膜技术，谁就掌握了化工的未来”。可见，发展膜分离技术对于学科建设和经济发展均具有重要而深远的意义。

二.膜分离技术简介

1.分离膜的种类：膜是膜技术的核心，膜材料的性质和化学结构对膜分离性能起着决定性的影响。膜的种类很多，其中按材料分有高分子膜、金属膜、无机膜。高分子膜用途最广，其所使用的材料见后面附件Ⅰ。

按结构分有七类：

(1)均质膜或致密膜，为结构均匀的致密薄膜，见附件Ⅱ图1。

(2)对称微孔膜，平均孔径为0.02～10。按成膜方法不同，有三种类型的微孔膜，即核孔膜、控制拉伸膜和海绵状结构膜(见附件Ⅱ图2、图3、图4)。

(3)非对称膜。(见附件Ⅱ图5)，膜断面为不对称结构，是工业上应用最多的膜。

(4)复合膜，如图6。在多孔膜表面加涂另一种材料的致密复合层。

(5)离子交换膜

(6)荷电膜

(7)液膜、包括支撑液膜和乳状液膜

按形状分有平板膜、管式膜和中空纤维膜(见图7)

2.膜分离设备(组件)

板框式，见图8，结构类似板框式压滤机。

卷式，见图9，结构类似出螺旋板换热器。

管式，见图10，结构类似列管式换热器。

中空纤维式，图11，结构类似列管式换热器，由几千根甚至几百万根中空纤维组成。

3.膜分离过程

  膜分离过程是以选择性透过膜为分离介质，当膜两侧存在某种推动力(如压力差、浓度差、电位差、温度差等)时，原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离，提纯的目的。不同的膜过程使用不同的膜，推动力也不同。目前已经工业化应用的膜分离过程有微滤(MF)、超滤(UF)、反渗透(RO)、渗析(D)、电渗析(ED)、气体分离(GS)、渗透汽化(PV)、乳化液膜(ELM)等八种。

  反渗透、超滤、微滤、电渗析这四大过程在技术上已经相当成熟，已有大规模的工业应用，形成了相当规模的产业，有许多商品化的产品可供不同用途使用。

  气体分离和渗透汽化是正在发展中的技术。其中气体分离相对较为成熟一些。目前已有工业规模的气体分离体系是, 空气中氧和氮的分离；合成氨厂中氨、氮、甲烷混合气中氢的分离；天然气中二氧化碳与甲烷的分离。渗透汽化是这些膜过程中唯一有相变的过程，在组件和过程设计中均有特殊的地方。它主要用于有机物／水，水／有机物，有机物／有机物分离，是最有希望取代某些高能耗的精馏技术的膜过程。80年代中期进入工业化应用阶段。

  除了以上八种已工业应用的膜分离过程外，还有许多正在开发研究中的新膜过程，它们是膜萃取、膜蒸馏、双极性膜电渗析、膜分相、膜吸收、膜反应、膜控制释放、膜生物传感器等。这些膜过程目前尚处在小型试验和中试阶段。

三.膜分离技术的发展简史及研究现状

  人类对于膜现象的研究源于1748年，然而认识到膜的功能并用于为人类服务，却经历了200多年的漫长过程。人们对膜进行科学研究则是近几十年来的事。1950年W.Juda试制出选择透过性能的离子交换膜，奠定了电渗析的实用化基础。1960年 Loeb和Souriringan首次研制成世界上具有历史意义的非对称反渗透膜，这在膜分离技术发展中是一个重要的突破，使膜分离技术进入了大规模工业化应用的时代。其发展的历史大致为：30年代微孔**，40年代透析；50年代电渗析；60年代反渗透；70年代超滤和液膜；80年代气体分离；90年代渗透汽化。此外以膜为基础的其它新型分离过程，以及膜分离与其它分离过程结合的集成过程(Integrated Membrane Process)也日益得到重视和发展。

几种主要膜技术发展近况大致如下：

  微滤在30年代硝酸纤维素微滤膜商品化，60年代主要开发新品种。近年来以四氟乙烯和聚偏氟乙烯制成的微滤膜已商品化，具有耐高温、耐溶剂、化学稳定性好等优点，使用温度在－100～260℃。目前销售量居第一位。

  超滤从70年代进入工业化应用后发展迅速,已成为应用领域最广的技术。日本开发出孔径为5～50nm的陶瓷超滤膜, 截留分子量为2万, 并开发成功直径为1～2mm, 壁厚200～400的陶瓷中空纤维超滤膜,特别适合于生物制品的分离提纯。

  离子交换膜和电渗析技术主要用于苦咸水脱盐,近年市场容量也近饱和。80年代新型含氟离子膜在氯碱工业成功应用后, 引起氯碱工业的深刻变化。离子膜法比传统的隔膜法节约总能耗30％，节约投资20％。90年世界上已有34个国家近140套离子膜电解装置投产, 到2000年全世界将1/3氯碱生产转向膜法。

  60年洛布(Loeb)与索里拉简(Sourirajan)发明了第一代高性能的非对称性醋酸纤维素膜, 把反渗透(RO)首次用于海波及苦咸水淡化。70年代开发成功高效芳香聚酰胺中空纤维反渗透膜，使RO膜性能进一步提高。90年代出现低压反渗透复合膜, 为第三代RO膜，膜性能大幅度提高，为RO 技术发展开辟了广阔的前景。目前RO 已在许多领域得到广泛应用，例如，超纯水制造、锅炉水软化，食品、医药的浓缩，城市污水处理，化工废液中有用物质回收。

  1979年Monsanto公司用于H2/N2分离的Prism系统的建立, 将气体分离推向工业化应用。1985年Dow化学公司向市场提供以富N2为目的空气分离器“Generon”气体分离用于石油、化工、天然气生产等领域, 大大提高了过程的经济效益。

  80年代后期进入工业应用的膜分离技术是用渗透汽化进行醇类等恒沸物脱水，由于该过程的能耗仅为恒沸精馏的1/3～1/2，且不使用苯等挟带剂，在取代恒沸精馏及其它脱水技术上具有很大的经济优势。德国GFT公司是率先开发成功唯一商品GFT膜的公司。90年代初向巴西、德、法、美、英等国出售了100多套生产装置，其中最大的为年产4万吨无水乙醇的工业装置，建于法国。除此之外，用PV法进行水中少量有机物脱除及某些有机／有机混合物分离, 例如水中微量含氯有机物分离，MTBE/甲醇分离, 近年也有中试规模的研报导。

  在我国，膜技术的发展是从1958年离子交换膜研究开始的。65年开始对反渗透膜进行探索，66年上海化工厂聚乙烯异相离子交换膜正式投产，为电渗析工业应用奠定了基础。67年海水淡化会战对我国膜科学技术的进步起了积极的推动作用。70年代相继对电渗析、反渗透、超滤和微滤膜及组件进行研究开发，80年代进入推广应用阶段。80年代中期我国气体分离膜的研究取得长足进步，1985年中国科学院大连化物所首次研制成功中空纤维N2/H2分离器, 主要性能指标接近国外同类产品指标, 现已投入批量生产, 每套成本仅为进口装置的1/3。

  我国渗透汽化(PV)过程研究开始于1984年, 进入90年代以来, 复合膜的制备取得了较大进展, 1992年, 我系研制的改性PVA/PAN复合膜通过技术鉴定, 98年在燕化建立我国第一个千吨级苯脱水示范工程, 为我国PV技术的工业化应用奠定了基础。

  为了推动我国膜技术快速发展，尽快缩短我国膜技术研究与国外先进水平的差距。国家科委把低压复合膜，渗透汽化透水膜，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, 分别由杭州水处理中心、清华大学化工系、南京化工大学及中科院大连化物所承担，重点进行开发研究。同时国家计委投资于98年10月在大连开始兴建国家膜工程中心，该中心依托在中国科学院大连化物所，通过世行贷款、国家投资和融资的方式共筹资金1.07亿元人民币。

四.膜分离学科发展的主要学科支持体系

以选择性分离膜为中心的膜科学研究自本世纪50年代形成一个学科以来，取得了飞速发展，主要围绕几个方向深入研究， 这几个方面是：膜材料和膜结构；膜制备与膜形成机理；膜性能与结构的关系; 膜过程和传递机理; 过程和设备设计与优化；膜应用研究等。膜分离技术之所以能够在短短30年内迅速发展脱颖而出，首先是因为它有坚实的理论基础，例如化学渗透压学说，气体膜透过理论、膜孔径理论、膜平衡概念、定电位学说、双电层理论等等。其次是近代科学技术的发展为分离膜材料研究提供了良好的条件，高分子科学的进展为膜分离提供了具有各种特性的合成高分子膜材料；电子显微镜等近代分析技术的进展为分离膜的结构分析和分离机理研究提供了有效手段。第三是现代工业的发展迫切需要节能、低品位原料的再利用和消除环境污染的新技术，而膜分离正好是能满足这些需要的新技术。 　

五.目前基础研究的前沿课题

1.以水处理为主的膜材料及膜研究

大通量、高表面积的反渗透膜研究

截留分子量低于1000, 高于100万的超滤膜及透过机理; 抗污染膜制造孔径从0.1m到75m 微孔膜系列化研究

界面缩聚法制备纳滤膜活性层的方法

2. 大通量高选择性气体分离膜研究

二氧化碳分离

有机废气(VOCS)处理

3. 渗透汽化膜

从水中分离有机物的高选择性膜研究

有机物/有机物分离膜研究

4. 无机膜

超薄化, 超微孔化复合膜研究; 多组分复合膜研究

电导移动膜研究

无机与有机材料接枝膜

5. 膜催化反应器的传质、传热模型

6. 膜过程在环境保护及治理、水资源再生、燃料电池隔膜的理论和应用研究

7.膜中的分子模拟

膜分离技术在生物发酵工业中的应用

膜分离（Membrane Separating ）是利用天然或人工制备的具有选择透过性膜，以外界能量或化学位差为推动力对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和浓缩的方法。膜分离法可以用于液相和气相，对液相分离，可以用于水溶液体系、非水溶液体系以及水溶胶体系。按其分离方法可分为反渗透法(RO)、纳滤（NF）、超滤（UF）、微滤（MF）、电渗析（ED）、气体分离（GS）和渗透蒸发（PV）以及与其它过程相结合的分离过程。膜分离技术由于省能、高效、简单、造价低、易于操作，可代替传统的分离技术，所以是对传统分离方法的一次革命，被公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前景的高技术之一。

发酵工业是 20 世纪下半世纪迅速崛起的新兴产业。它基本上是以粮食为主要原料，经过微生物发酵制造产品的产业。发酵工业是我国轻工业发展的新增长点，膜分离是发酵工业技术改造的关键技术之一。通常发酵产物分离、精制的方法主要有沉淀法、盐析法、溶媒抽提法、吸附法等。除了这些主要的分离过程外，还必须辅之以菌体分离、浓缩、脱色、结晶等过程。为了提高产品质量、降低成本、提高收率和缩短处理时间，对已有的后处理工艺过程和方法还需进一步研究和改进。另外随着生物技术的迅速发展，新产品不断涌现，获得了过去无法得到的结构复杂的多种物质，新产品纯度要求相应提高，这些给后处理过程提出了新的要求。

膜技术作为一种新型的分离技术，由于其在分离过程中不涉及相变，无二次污染，又由于分离中具有生物膜浓缩富集的功能，同时它操作方便，结构紧凑，维修费用低，易于自动化，因而已在多种发酵产品的后处理过程中得到应用。用膜技术处理发酵液可根据物质分子量的大小去掉与目的产物分子量相差较大的各类杂质，提高发酵液质量，有利于后继工艺过程的进行，提高产品纯度和收率，减少溶剂消耗量，降低能耗。其中用的最多的是微滤、超滤、纳滤和反渗透。膜技术在发酵液后处理过程中的应用已进行了大量试验研究，有些已实现了工业化。其研究应用工作主要集中在抗生素、维生素、氨基酸、酶制剂等方面。

抗生素的生产工艺大体分为发酵、过滤、浓缩和干燥四个过程。目前膜技术主要用于抗生素发酵液的澄清、产品的浓缩和脱盐以及废液中抗生素的浓缩。发酵法生产的抗生素原液中含 4%生物残渣，不定的盐分，约 0.1%~0.2%的抗生素。传统方法采用溶剂萃取从发酵液中加以分离，再对萃取液进行真空蒸发即得抗生素。但此法纯化和浓缩抗生素存在有机溶剂用量大，蒸发浓缩能耗高，操作环境差等缺点。纳滤膜可用两种途径回收和纯化抗生素：一种是先用溶剂萃取，再用纳滤膜浓缩，这一过程由于溶剂可循环利用，可节约 80%的成本；另一种是先用膜浓缩再用溶剂萃取，这一方法可大大提高萃取设备的生产能力，降低溶剂的用量。在抗生素的后处理过程中除纳滤膜用的较多外，超滤和反渗透也有较多应用。采用微滤膜除去青霉素 G 发酵液中的菌丝体，青霉素 G 的回收率可达 98%。采用超滤和纳滤的组合分离技术，纯化浓缩林可霉素发酵液，大大节省了溶媒和能源，缩短并优化了传统工艺路线，提高产品收率及质量。青霉素提炼过程中使用超滤膜分离技术可以去除蛋白质及其它大分子杂质，消除萃取时的乳化现象，提高萃取过程的收率。硫酸卡那霉素和头孢菌素 C 的发酵滤液使用合适的超滤膜进行处理，也取得了满意的结果。

维生素 C（简称 VC）是发酵法生产维生素的典型产品。VC 是山梨醇在细菌作用下发酵形成制备 VC的中间体——2-酮基-L-古龙酸，古龙酸经提纯后进一步转化生产的。由于采用细菌发酵，发酵液中残留着菌丝体、蛋白质和悬浮微粒等杂质，采用超滤膜系统可以省去了预处理、加热、离心等工序，既降低了能耗，又提高了古龙酸的收率；用膜技术处理 VC发酵液已进行了大量的研究，并成功实现了工业化。

氨基酸广泛应用于食品、医药工业以及作为动物饲料添加剂，此外还用作某些特殊化合物的合成中间体。目前大多数氨基酸均可利用微生物发酵法生产。在发酵法生产氨基酸工艺中，可选用超滤膜将产液中的酵母菌截留并回收利用，透过液经纳滤膜或反渗透膜进行浓缩，再经结晶法获得高纯度的氨基酸产品，同时节约菌种培养费和分离能耗。另外，用纳滤膜可将氨基酸生产中残液进行回收浓缩，既可提高产量，又可减少污染。

酶是一种具有高度催化活性的特殊蛋白质。对工业生产的液体酶制剂，必须进行浓缩提纯。传统生产工艺是发酵、絮凝沉淀、过滤、溶剂萃取、真空蒸发、干燥，其生产过程能耗高、酶失活率高、收率低。常用酶制剂的分子质量在 10000~100000Dal 之间，这个范围恰好在超滤技术应用的范围之内。用膜技术对酶发酵液进行浓缩提纯，在常温下操作，减少了温度对酶制剂质量的影响，去掉了蒸发过程中的相变化，能耗低，操作简单，不用或少用溶剂，减少溶剂消耗量和溶剂回收费用。　

厦门福美科技有限公司是一家专业从事过滤和分离技术的开发及应用的高科技企业。公司在膜分离技术上拥有多年的技术开发及应用经验。公司拥有先进的微滤、超滤、纳滤及反渗透膜技术，并能为用户提供工艺开发、工程设计、设备制造、系统集成、安装调试等一条龙服务。公司开发的实验室膜分离产品（见彩色附图）为广大用户工艺开发提供了便利的装备。公司拥有强大的技术队伍，希望和生物发酵行业的科技人员加强合作，共同努力，以促进这一高新技术在发酵工业中的应用，推动我国发酵工业的发展。

膜分离技术进展

膜分离技术是适应当代新产业发展的一项高技术，被公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前途的高技术之一。

膜分离的基本原理是利用天然或人工合成的、具有选择透过性的薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分体系进行分离、分级、提纯或富集。

分离膜多数是固体（目前大部分膜材料是有机高分子），也可以是液体。它们共同之点是：必须对被其分离的体系具有选择性透过的能力。

膜分离技术可应用于液相或气相。对于液相分离，可用于水溶液体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有其他微粒的水溶液体系。

根据不同的推动力，膜分离过程可分类如下：

一 简史与现状

膜分离技术的发展历史较短，从30年代开发微孔过滤（microfiltration）开始，40年代为透析（dialysis）；50年代为电渗析（electrodialysis）；60年代为反渗透（或称高滤reverse osmosis，hyperfiltration）；70年代为超滤（ultrafiltration）和液膜（liquid membrane）；80年代为气体分离（gas　 separation）； 90年代为渗透汽化或称渗透蒸发（Pervaporation）。膜分离作为一门新型分离技术得到迅速发展是在1960年以后的30年。电渗析、反渗透、超滤、微孔过滤和气体分离是目前比较成熟、已经在工业上大规模应用的膜分离技术。图1标出了反渗透（RO）、超滤（UF）、微孔过滤（MF）的大致应用范围：反渗透适用于除去水溶液中的离子及分子量为几百的小分子溶质；超滤主要用于截留各种蛋白质；微孔过滤用于除菌。

膜分离技术目前已广泛用在各个工业领域（见表1），并已使海水淡化、烧碱生产、乳品加工等多种传统的生产面貌发生了根本性的变化。据统计，1990年世界膜及装置的市场总销售量达72.94亿美元，是1980年的5.5倍。膜分离技术已经形成了一个相当规模的工业技术体系。

表1　 膜分离的工业应用

膜分离技术之所以能在短短30年内迅速发展，脱颖而出，首先是由于有坚实基础理论研究的积累。从1748年发现水可以自发地扩散进入装有酒精的猪膀胱内的膜渗透现象以来，相继提出了化学浸透压学说、气体膜透过的机理、膜孔径的理论、渗透压理论、以及生物膜等有关学说，如膜平衡概念、细胞膜电位理论、双分子层排列理论，即蛋白质—脂肪—蛋白质的三夹板模型、定电位学说以及双电层理论解释膜的选择透过性等等。其次是近代科学技术的发展为分离膜材料的研究提供了良好基础：高分子科学的进展为膜分离技术提供了具有各种分离特性的合成高分子膜材料；电子显微镜等近代分析技术的进展为分离膜的结构和分离机理的研究提供了有效的手段，从而使分离膜能迅速地由均质膜、非对称膜发展到复合膜，不断地创造出适合于不同分离对象的各种类型性能良好的分离膜。第三是现代工业迫切需要节能、低品位原料再利用和能消除环境污染的生产新技术。而大部分膜分离过程是最节能的分离方法，水资源再生、低品位原材料的回收与再利用以及环境保护（污水及废气处理）也都与膜分离过程密切相关。因此，膜分离技术一直受到各国的高度重视。许多国家建立了与膜分离技术开发密切相关的政府管理机构。近年来并从战略的高度加强了投资。日本政府1985—1990年间的科研投资为5600万美元。欧洲共同体将膜技术列为9个优先发展的课题之一，仅水处理一项每年就投资3亿法郎。美国一些大公司，如Monsanto、Dow、Dupont、Allied等，都已对膜分离技术的开发计划做出了相应的调整，增加了投资，加快了步伐。

在1987年日本东京的国际膜会议上，曾将“在21世纪的多数工业中膜过程所扮演的战略角色”列为专题，进行了深入讨论。

我国在1958年开始研究离子交换膜和电渗析，1966年开始研究反渗透，随后相继开展了超滤、微孔过滤、液膜、气体分离等膜分离过程研究、应用与开发。80年代又陆续开展了渗透汽化、膜萃取、膜蒸馏和膜反应等新膜过程的研究。

离子交换膜和电渗析是我国最成熟的一项膜分离技术。从实验室研究到工业化生产，目前已在我国形成一项新的技术产业。据1988年统计，我国离子交换膜产量已达2.9×105m2，电渗析器年产量750余台，年总产值约为5000万元。它已在海水、苦咸水淡化；电厂、铁路机车锅炉给水预脱盐；电子、医药超纯水制备；工业废水回收再利用；化工过程中的物质分离、浓缩、提纯、精制中普遍应用，遍及全国27个省、市、自治区。1981年在西沙群岛建成世界上最大的日产200吨淡水的电渗析海水淡化站，耗电为16千瓦小时/1吨淡水。

反渗透、超滤和微孔过滤膜分离技术在我国的研究、应用和生产情况各不相同。国产管式反渗透装置主要用于电镀漂洗水处理。近年来，以醋酸纤维素膜8吋（1吋=2.54cm）卷式组件为主的国产反渗透膜组件和装置已开始在电厂锅炉供水预脱盐和电子级超纯水制备中代替进口组件和装置。

国产管式、板式、中空纤维和卷式超滤以及折摺式微孔滤膜组件和装置已经在我国工业废水处理、一般的生物制品浓缩分离、食品工业和医药卫生等方面较广泛地应用。但是，在一些高难度和高产值领域（例如：17兆欧以上超纯水制备，干扰素分离浓缩等）仍以进口的超滤和微孔过滤膜和组件为主。

据1989年底统计，全国已有近40个反渗透、超滤和微孔过滤研究单位，80个组件和装置生产单位，1988年总产值约为1800万元。我国商品膜材料单一、膜性能低是反渗透、超滤和微孔过滤与国外的主要差距。

我国液膜分离的研究始于1979年，目前已取得较大进展。除基础理论方面进展以外，液膜用于愈创木酚废水处理已达每天40m3废水的规模，液膜用于金矿含氰废水处理和湿法治金等方面亦已获得成功。国内已形成一支液膜研究和开发队伍。

气体分离是我国80年代初开展的一项膜分离技术。10年内取得了长足的进展：围绕N2-H2和N2-O2分离开展了多种有机高分子膜材料和制膜工艺的研究，并研制成中空纤维、卷式和平板组件。在从合成氨尾气回收氢和石油裂化气回收氢、膜富氧装置用于医疗保健以及玻璃熔炉富氧助燃等方面都已取得良好效果。　

二　 发展趋向

1.膜材料

众所周知，生物膜具有惊人的分离效率。例如，海带从海水中富集碘，其浓度比海水中碘大1000多倍；石毛（藻类）浓缩铀的浓缩率达750倍。因此，仿生是分离膜的发展方向。生物膜是建立在分子有规则排列的基础上，而目前使用的分离膜多是功能高分子膜，是不规则链排列的聚合物。仿生膜要克服这一根本差别，达到生物膜的分离水平，还是一个比较遥远的目标。当前，分离膜材料发展的趋向是：

（1）继续开发功能高分子膜材料①根据现今对膜分离机理的认识，继续合成各种分子结构的功能高分子，制成均质膜，定量地研究分子结构与分离性能之间的关系。这类工作主要结合气体分离膜过程进行。②在膜的表面进行改性。根据不同的分离对象，引入不同的活化基团，使其“活化”。一般的表面改性方法有：（a）先将膜材料改性，然后成膜。例如，聚砜高分子用硫酸磺化，然后将磺化聚砜制成表面荷负电的分离膜。（b）通过化学反应进行表面改性。例如，聚砜干膜用0.05—99.95 F－He气处理，进行表面氟化，增加抗污染能力；用过氟已烷和乙烯氧化物在低温等离子条件下改变聚砜膜的疏水性（hydrophobic）；通过溶液化学反应：

使膜表面带有亲水性的—OH基；通过辐射接枝（聚砜膜与聚乙烯亚胺在液相用紫外线照射），在膜表面引入亲水性基团。（c）通过膜表面吸附或络合进行改性。例如：在尼龙或醋酸纤维素膜上引入一个二端具有活性的配位体[如酰基双咪唑C3H4N2（CO）C3H4N2，氰尿酰氯C3N3Cl3等]，一端与膜表面联接，另一端在分离过程中与分离目标接合。③发展高分子合金膜。二种高分子混合一般情况下要比通过化学反应合成新材料容易些。它还可以使膜具有性能不同甚至截然相反的基团，在更大范围内调节其性能。技术上的难点是许多热力学性质不一致的高分子不容易达到真正互溶，需要选择合适的高分子对（polymer pair）和寻找能互溶的工艺条件。这一方面的工作主要结合水溶液分离膜进行。

（2）开发无机膜材料 无机膜的制备始于本世纪40年代，由于存在着不可塑、受冲击易破损、成型性差以及价格较昂贵等弱点，长期以来发展不快。但是，随着膜分离技术及其应用的发展，在膜使用条件上提出愈来愈高的要求，不少膜催化反应要求在几百度高温下进行；膜用于食品及生物产品分离，要求具有耐高温蒸气多次清洗仍能保持分离性能不变。有些显然是高分子膜材料所无法满足的。

近年来无机分离膜的研究及应用愈来愈受到重视，并取得重大进展。无机膜包括陶瓷膜（Al2O3·SiO2·ZrO2）、微孔玻璃、金属膜和碳分子筛膜。最近的一个突破是Ceramesh膜，它是用溶胶-凝胶法（sol-gel）将超微ZrO2烧结在Ni基金属网上制得有一定韧性并可导电的复合膜。用铝阳极氧化制得的多孔对称及非对称无机膜是迄今表面孔隙率最大而孔分布最窄的分离膜。用有机物、无机物对无机膜进行表面改性的研究已经广泛展开，例如：膜表面用γ-氨丙基三乙氧基硅烷（γ-APS）或丙磺酸内酯改性处理后使ξ电位增高，膜电阻降低。据估计陶瓷微孔膜的世界市场已达2亿美元，并以30％的年递增率增长。

2.膜分离用于生物技术

这是膜分离技术发展的一个突出动向。生物技术与微电子技术和新型材料已成为当今新技术革命的三大支柱。目前全世界生物技术产品的年销售额约为300亿美元，膜分离现在已经成为生物技术的重要支柱之一。

（1）用于生物产品的分离、纯化和浓缩 生物产品的大规模分离与纯化技术，通常是实现生物学的实验室研究成果转化为工业规模生产的关键。含有生物物质体系常常组分多而复杂；目的产物浓度很低；对热、机械剪切力和pH值十分敏感以及呈胶粒状悬浮体系。传统的盐析沉淀、溶剂萃取、色层分离、离心沉降等方法存在着成本高、收率低、产品纯度不够和三废排放污染环境等问题。70年代以来，超滤和微孔过滤膜分离技术逐步地用于各种酶、疫苗、病毒、核酸、蛋白质等生理活性物质的浓缩分离和精制；激素的精制；人工血液的制造；多醣类的浓缩精制；细胞碎屑过滤；以至干扰素、尿激酶等高产值生物产品的浓缩分离。与传统的方法相比，膜分离简化了分离过程，降低了成本，提高了质量。

近年来迅速发展起来的膜亲和分离过程把膜分离在生物产品中应用的水平和范围又提高到一个新的阶段。

（2）膜生物反应器 膜生物反应器有微生物发酵过程的膜反应器、酶膜反应器和用于动、植物细胞培养的膜反应器三类。

微生物发酵膜反应器中用膜实现产物分离，它有效地促进了微生物高密度生长，增加了代谢产物的产率。目前最有实用价值的是固定化细胞的中空纤维膜反应器和膜循环反应器。据报道，日本在陶瓷膜反应器发酵生产氨基酸已达到了中试和工业规模。

酶膜反应器中膜是作为生物催化剂的一种特殊的固相化载体，与其他多孔载体相比，膜具有固定（immobilization）、传递（transport by convection）、交换（comparementalization）、复合（multiorganization）、分离（separation）、浓缩（concentration）等功能。这些功能赋予膜反应器363 强大的竞争力。

在用于动植物细胞培养的膜反应器中主要利用了膜的截留分离能力和构置多腔室功能。中空纤维膜的高比表面积为贴壁细胞的培养提供了高的培养面积。许多商品化的中空纤维培养系统也已经出现。

3.渗透汽化

早在50年代末就开始有用渗透汽化法来分离乙醇和水混合物的研究，近10年来倍受重视，被称为生物能源开发的新技术和第三代膜分离技术。

渗透汽化高分子膜从材料上可分为亲水性和疏水性二类。聚乙烯醇、含氟高分子、聚丙烯腈-聚乙烯吡咯烷酮、聚砜、酯酸纤维素、硅橡胶等都曾被研究作为渗透汽化的膜材料。但目前聚乙烯醇复合膜是唯一能适于大规模应用的渗透汽化膜。

渗透汽化膜分离技术主要用于分离分子大小近似的液体混合物（如苯-环己烷、苯乙烯-乙苯等）；普通蒸馏难以分离的沸点接近的共沸混合物（如水-乙醇、水-异丙醇、水-甲乙酮等）；同分异构体混合物（如邻位、对位、间位二甲苯等）以及旋光异构体混合物等。

目前，在连续发酵工艺，低浓度有机化合物水溶液浓缩工艺和有机溶剂的分离等方面，采用渗透汽化法膜分离已在研究开发中。法国已建成日产乙醇150吨的渗透汽化法工厂。

4.新的膜过程

膜分离技术与传统的分离技术或反应过程相结合，发展出一些崭新的膜过程。这些新的膜过程在不同程度上吸取了二者的优点而避免了某些原有的弱点。

（1）膜蒸馏 将膜法与蒸馏法有机地结合起来的膜蒸馏，是最近几年发展起来的一种新型膜分离技术。在膜蒸馏过程中既有常规蒸馏中的蒸汽传质冷凝过程，又有分离物质扩散透过膜的膜分离过程。它避免了蒸馏法易结垢、怕腐蚀和反渗透法需要高压操作的缺点。

用作膜蒸馏的高分子都是疏水性的，如聚碳酸酯、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、卤化聚乙烯、含氟高分子等。普遍认为聚四氟乙烯最好。

膜蒸馏目前尚处于起步阶段。用于海水脱盐已建成中型试验装置，以期由现场试验作出评价。提高通量是膜蒸馏技术目前主攻方向。当技术进一步成熟后，在制药、生物工程等方面的应用将会显其特色。

（2）膜萃取80年代初一个将膜分离与液-液萃取过程相结合的新过程——膜萃取开始出现。

膜萃取的传质过程是在分隔料液相和萃取相的微孔膜表面进行的，因此它不存在通常萃取过程中液滴的分散与聚合现象。膜萃取的优点还在于：①没有相的分散和聚结过程，可减少萃取剂在料液相中夹带损失。②不形成直接接触的液液二相流动，使选择萃取剂范围可大大放宽。③两相在膜两侧分别流动，使过程免受“返混”的影响和“液泛”条件的限制。④可较好地发挥化工单元操作中的某些优势，提高传质效率。⑤料液相与萃取相在膜两侧的同时存在可避免膜内溶剂的流失。

膜萃取过程目前还处在实验室研究阶段。常用的是中空纤维装置。近年来正开展膜萃取的工艺过程研究，膜萃取器材料的浸润性及过程传质机理研究，流体在膜器中流型分布研究以及膜器设计方法初探性研究等。

（3）膜反应与传统的反应技术相比，膜反应具有三个特点：①反应转化率不受化学平衡转化率的限制；②能提高复杂反应的选择性；③反应、分离设施的同一化减少了设备投资和能耗。

膜生物反应已如上述。膜化学反应的研究目前主要集中在膜催化反应方面。

一些有强酸性阳离子交换膜可用于酯化、酰化等酸催化反应过程，更多的研究在于用具有催化活性的络合金属高分子膜或各种类型无机膜开发相应的催化反应过程。

膜反应器对固定床反应的取代具有重大的潜在经济效益。石油化工中90％以上的催化反应是在300℃以上进行的。因此，无机膜和无机膜反应器是当前世界各国研究膜反应的热点。

5.集成膜过程

在解决某一具体分离目标时，综合利用几个膜过程，使之各尽所长，往往能达到最大限度的分离效果，取得最佳的经济效益。这是近年来膜分离技术发展中出现的又一个趋向。例如，微电子工业用超纯水要综合反渗透、离子交换和超滤；造纸工业黑液回收木质素磺酸钠要用聚凝、超滤加反渗透；从生物发酵制无水乙醇要用膜反应器、膜蒸馏、反渗透及渗透汽化；从蛋白质混合物中分离单个高纯蛋白质要用截留分子量不同的超滤加渗析；废水中去除有毒物质用膜萃取及反萃将毒物浓缩再进入膜生物反应器净化；等等。

集成膜过程的不断发展和完善将使膜分离技术在工业生产领域中发挥更大的作用。

当前，北美、西欧、日本、印度已经成立区域性或全国膜学会。随着膜分离技术的进一步发展以及它与材料学、化学反应工程、生物工程、环境工程、医药工程、机械工程等学科的相互渗透，一门新兴的学科——膜科学正在形成。

化学分离和提纯

chemical separation and purification



   试样在进行测定（或检出）以前，常常需要使待测（或检出）物质与干扰物质彼此分离。样品中待测物质的含量极少，以致其在试液中的浓度仅接近或甚至低于分析方法的测定（检出）下限，此时就需要进行富集。富集可认为是提高浓度的分离方法；而提纯则可视为主体物质与所含杂质的分离。分离方法很多，主要有以下几种。

    蒸馏 利用液体混合物中各组分挥发性的不同，将它们分离的方法和过程，它可以将液体混合物中各组分部分地或全部地分离。除了简单的蒸馏技术外，还有分馏、减压蒸馏、共沸蒸馏、水汽蒸馏、萃取蒸馏、等温蒸馏和亚沸点蒸馏等。

    升华 固态物质不经液态直接转变成气态的现象，可作为一种应用固-气平衡进行分离的方法。可分为常压升华、真空升华和低温升华。

    结晶和沉淀 都是从液相中产生一个可分离的固相过程。固体在溶剂中的溶解度一般随温度增高而增大，若把固体溶在较高温的溶剂中达到饱和，冷却后因溶解度降低使溶液达到过饱和而析出结晶，这种结晶技术是提纯物质的常用方法。沉淀作用是表示一个新的难溶固相的形成过程，或由于加入沉淀剂使某些离子成为难溶化合物而沉积的过程。在一定温度下，在难溶化合物的饱和溶液中组成沉淀的各离子的浓度的乘积是一常数，称溶度积常数。溶度积常数决定了从溶液中可分离出组分的限度。

    溶剂萃取 又称液-液萃取。指溶于水相的溶质与有机溶剂接触后经过物理或化学作用，部分或几乎全部转移到有机相的过程。常用分配比（D）和萃取率（E）表示萃取的情况。分配比定义为有机相中被萃取物的总浓度与水相中被萃取物的总浓度之比，它随实验条件（如被萃物浓度、溶液的酸度、萃取剂的浓度、稀释剂的性质等）的变化而异。分配比大的物质，易从水相中转移到有机相，分配比小的物质，易留在水相，借此将它们分离。萃取率则是指萃入有机相的物质总量占两相中物质总量的百分比，是表示萃取的完全程度。分配比愈大，萃取率愈高。

    离子交换  这是以离子交换树脂上的可交换离子与液相中离子间发生交换为基础的分离方法。离子交换树脂是一种具有网状结构和可电离的活性基团的难溶性高分子电解质，可分为阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、两性离子交换树脂、螯合树脂和氧化还原树脂等。

    色谱分离  利用欲分离的诸组分在体系中两相的分配有差异 即分配系数或吸附等温线不同），当两相作相对运动时，这些组分随着移动，可反复进行多次的分配 组分的分配系数虽然只有微小差异 在移动速度上却有颇大的差别，于是这些组分得到分离。色谱法两相中，一个相是固定不动的，称为固定相；另一相是移动着的，称为流动相。根据流动相和固定相的不同，分为：①气相色谱法。其流动相是气体，固定相是固体的叫气固色谱，固定相是惰性固体上涂着液体的叫气液色谱。②液相色谱法。其流动相是液体，又分为液固色谱和液液色谱。有时为了强调某一特点，就以其特点命名、分类，如薄层层析、凝胶色谱法、离子色谱法和电泳等。色谱法特点是分离效能很高，但通常处理量较少，故很适合于作微量组分的分析分离。

    离心分离 借助于离心力，使比重不同的物质进行分离的方法。除常见的固-液离心分离、液-液、气-气（如235U的浓缩）、固-气离心分离等以外，由于超速离心机的发明，不仅能分离胶体溶液中的胶粒，更重要的是它能测定胶粒的沉降速率、平均分子量及混合体系的重量分布，因而在胶体化学研究、测定高分子化合物（尤其是天然高分子）的分子量及其分布，以及生物化学研究和细胞分离等都起了重大作用。离心分离法与色谱法结合而产生的场流分级法（或称外力场流动分馏法），则是新的更有效的分离方法，不但对大分子和胶体有很强的分离能力，而且其可分离的分子量有效范围约为103～1017。

    电渗析  利用半透膜的选择透过性来分离不同的溶质粒子的方法称为渗析。在电场作用下进行渗析时，溶液中的带电的溶质粒子（如离子）通过膜而迁移的现象称为电渗析。电渗析法就是利用电渗析进行提纯和分离物质的技术，也可以说是一种除盐技术，最初用于海水淡化，现在广泛用于制备纯水和在环境保护中处理三废等。

    电化学分离方法 除上述电泳、电渗析以外，还有：①控制电位的电解分离法。采用饱和甘汞电极作参比电极，在电解过程中不断调整电阻R以控制并保持阴极电位不变，可以将溶液中氧化还原电位相近的一些金属离子进行电解分离。②汞阴极电解分离法。利用H+在汞阴极上被还原时有很大的超电压，可以在酸性溶液中电解分离掉一些易被还原的金属离子，使一些重金属（如铜、铅、锌、镉）沉积在汞阴极上，形成汞齐，而和那些不容易被还原的离子分离。③内电解分离法。在酸性溶液中，利用金属氧化还原电位的不同，可以组成一个内电解池，即不需要外加电压就可以进行电解，分离出微量的易还原的金属离子。

    其他方法 除以上常用方法外，还有共沉淀、吸附、选择溶解、浮选、毛细管电泳、分子筛分离、富集技术和区域熔融等提纯手段。

蛋白质特性与分离纯化技术的选择

摘要：蛋白质的一级、二级、三级和四级结构决定了它的物理、化学、生物化学、物理化学和生物学性质，综述了不同蛋白质之间的性质存在差异或者改变条件是使之具有差异，利用一种同时多种性质差异，在兼顾收率和纯度的情况下，选择蛋白质提纯的方法。

关键词：蛋白质 分离纯化

前言

  蛋白质在组织或细胞中一般都是以复杂的混合物形式存在，每种类型的细胞都含有成千种不同的蛋白质。蛋白质的分离和提纯工作是一项艰巨而繁重的任务，到目前为止，还没有一个单独的或一套现成的方法能把任何一种蛋白质从复杂的混合物中提取出来，但对任何一种蛋白质都有可能选择一套适当的分离提纯程序来获取高纯度的制品。

  蛋白质提纯的总目标是设法增加制品纯度或比活性，对纯化的要求是以合理的效率、速度、收率和纯度，将需要蛋白质从细胞的全部其他成分特别是不想要的杂蛋白中分离出来，同时仍保留有这种多肽的生物学活性和化学完整性。

  能从成千上万种蛋白质混合物中纯化出一种蛋白质的原因，是不同的蛋白质在它们的许多物理、化学、物理化学和生物学性质有着极大的不同，这些性质是由于蛋白质的氨基酸的序列和数目不同造成的，连接在多肽主链上氨基酸残基可是荷正电的、荷负电的、极性的或非极性的、亲水的或疏水的，此外多肽可折叠成非常确定的二级结构（α螺旋、β折叠和各种转角）、三级结构和四级结构，形成独特的大小、形状和残基在蛋白质表面的分布状况，利用待分离的蛋白质与其它蛋白质之间在性质的差异，即能设计出一组合理的分级分离步骤。

  可依据蛋白质不同性质与之相对应的方法将蛋白质混合物分离：

1．分子大小

  不同种类的蛋白质在分子大小方面有一定的差别，可用一些简便的方法，使蛋白质混合物得到初步分离。

1．1透析和超滤

  透析在纯化中极为常用，可除去盐类（脱盐及置换缓冲液）、有机溶剂、低分子量的抑制剂等。透析膜的截留分子量为5000左右，如分子量小于10000的酶液就有泄露的危险，在纯化中极为常用，可除去盐类、有机溶剂、低分子量的抑制剂等。超滤一般用于浓缩和脱色

1．2离心分离置换缓冲液

  许多酶富集于某一细胞器内，匀浆后离心得得到某一亚细胞成分，使酶富集10~20倍，再对特定的酶进行纯化。差速离心，分辨率较低，仅适用于粗提或浓缩。速率区带法，如离心时间太长所有的物质都会沉淀下来，故需选择最佳分离时间，可得到相当纯的亚细胞成分用于进一步纯化，避免了差速离心中大小组分一起沉淀的问题，但容量较小，只能用于少量制备。等密度梯度离心常用的离主介质有蔗糖、聚蔗糖、氯化铯、溴化钾、碘化钠等等

1．3凝胶过滤

  这是根据分子大小分离蛋白质混合物最有效的方法之一，注意使要离的蛋白质分子量落在凝胶的工作范围内。选择不同的分子量凝胶可用于脱盐、置换缓冲液及利用分子量的差异除去热源。

2．形状

  蛋白质在离心通过溶液运动时，或通过膜、凝胶过滤填料颗粒或电泳凝胶中的小孔运动时，都会受到形状的影响：对两种相同质量的蛋白质而言，球状蛋白质具有较小的有效半径（斯托克半径），通过溶液沉降时遇到的摩擦力小，沉降较快而显得比其它形状的蛋白质大；反之，在体积排阻色谱时，斯托克半径较小的球状蛋白质更容易扩散进入凝胶过滤填料颗粒内部，较迟洗脱出来，因而显得比其它形状的蛋白质要小。

3．溶解度

  利用蛋白质的溶解度的差别来分别各种蛋白质常用的方法。影响蛋白质溶解度的外界因素很多，其中主要有：溶液的pH、离子强度、介电常数和温度，但在同一的特定外界条件下，不同的蛋白质具有不同的溶解度。适当改变外界条件，控制蛋白质混合物中某一成分的溶解度

3．1pH控制和等电点沉淀

  蛋白质在其等电点一般较不易溶解。*溶解度最低,但也并非不溶解*

3．2蛋白质的盐溶和盐析

3．3有机溶剂分级法

  蛋白质在不同的溶剂中的溶解度有很大不同，从基本不溶（＜10μg/ml）直至极易溶解（＞300mg/ml）不等。影响蛋白质溶解度的可变因素包括温度、pH、溶剂的极性、离子性质和离子强度。引起蛋白质沉淀的有机溶剂的浓度不同，故控制有机溶剂的浓度可分离蛋白质。

水溶性非离子聚合物如聚乙二醇也能引起蛋白质的沉淀。

3．4温度

  不同的蛋白质在不同的温度具有不同的溶解度和活性。大多数蛋白质在低温下比较稳定，故分离操作一般在0℃或更低温度下进行。

4．电荷

  蛋白质净电荷取决于氨基酸残基所带的正负电荷的总和，如中性溶液中带净负电荷则称为酸性蛋白质，

4．1电泳

  不仅是分离蛋白质混合物和鉴定蛋白质纯度的重要手段，而且也是研究蛋白质性质很有用的方法。

  等电聚焦分辨率很高，pI有0.02pH的差异就能分开。

  2D-PAGE分离蛋白质分辨率已经发展到100000个蛋白点。

4．2离子交换层析

  改变蛋白质混合物溶液中的盐离子强度、pH和（阴、阳）离子交换填料，不同蛋白质对不同的离子交换填料的吸附容量不同，蛋白质因吸附容量不同或不被吸附而分离。

  洗脱可采用保持洗脱剂成分一直不变，也可采用改变洗脱剂的盐度或pH的方法洗脱，后一种可分分段洗脱和梯度洗脱。梯度洗脱一般效果好，分辨率高，特别是使用交换容量小，对盐浓度敏感的离子交换剂，多用梯度洗脱。控制洗脱剂的体积（与柱床体体积相比）、盐浓度和pH，样品组分能从离子交换柱上分别洗脱下来。

  蛋白分子暴露在外表面的侧链基团的种类和数量不同，故在一定的PH值和离子强度的缓冲液的所带的电荷不同

5．电荷分布

  电荷的氨基酸残基可均匀地分布于蛋白质的表面，既可以适当的强度与阳离子交换柱结合也能以适当强度与阴离子结合，因多数蛋白质都有不能在单一的溶剂条件下同时与两种类型的离子交换柱结合，故可得用此性质纯化；电荷的氨基酸残基亦可成簇分布，使某一区域带强正电荷而另一区域带强负电荷，呈强酸性或强碱性，只能在极端pH与阳离子交换树脂或阴离子交换树脂结合，如钙调蛋白只能在pH2时与阳离子交换树脂结合。

6．疏水性

  多数疏水性的氨基酸残基藏在蛋白质的内部，但也有一些在表面。蛋白质表面的疏水性氨基酸残基的数目和空间分布决定了该蛋白质是否具有与疏水柱填料结合从而利用它来进行分离的能力。

  因其廉价和纯化后的蛋白质具有生物活性，是一种通用性的分离和纯化蛋白质的工具。高浓度盐水溶液中蛋白质在柱上保留，在低盐或水溶液中蛋白质从柱上被洗脱，故特别适用于浓硫酸铵溶液沉淀分离后的母液以及该沉淀用盐溶解后的含有目标产品的溶液直接进样到柱上，当然也适用7mol/盐酸胍或8mol/L脲的大肠杆菌的治疗蛋白质提取液直接进样到柱上，在分离的同时也进行了复性。

7．密度

  多数蛋白质的密度在1.3~1.4g/cm3之间，分级分离蛋白质时一般不常用此性质，不过对含有大量磷酸盐或脂质的蛋白质与一般蛋白质在密度上明显不同，可用密度梯度法离心与大部分蛋白质分离。

8．基因工程构建的纯化标记

  通过改变 cDNA在被表达的蛋白的氨基端或羧基端加入少许几个额外氨基酸，这个加入的标记可用来作为一个有效的纯化依据。

8．1GST融合载体

  使要表达的蛋白质和谷胱甘肽S转移酶一起表达，然后利用Glutathione Sepharose 4B作亲和纯化，再利用凝血酶或因子Xa切开。

8．2蛋白A融合载体

  使要表达的蛋白和蛋白A的IgG结合部位融合在一起表达，以IgG Sepharose纯化。

8．3含组氨酸标记（Histidine-tagged）Chelating Sepharose

  最通行的标记之一，是在蛋白质的氨基端加上6~10个组氨酸，在一般或变性条件（如8M尿素）下借助它能与Ni2+螯合柱紧紧结合的能力，用咪唑洗脱，或将pH降至5.9使组氨酸充分质子化，不再与结合Ni2+使之得以纯化。

  重组蛋白在设计、构建时已融入纯化构想。样品多夹杂了破碎细胞或可溶产物，扩张床吸附技术STREAMLINE适合做粗分离。

9．亲和能力

  结合效率高，分离速度快的特点。配基可是酶的底物、抑制剂、辅因子、特异性的抗体、

  吸附后可改变缓冲液的离子强度和PH的方法，洗脱下来，也可用更高浓度的同一配体溶液或亲和力更强的配体溶液洗脱

亲和层析固定相的配基与生物分子之间的特殊的生物大分子亲和能力不同来进行相互分离的，依亲和选择性的高低分为：基团性亲和层析，固定相上的配基对一类基团的极强的亲和力。如含有糖基的一类蛋白质或糖蛋白对三嗪染料显示特别强的吸附能力；高选择性（专一性）亲和层析，配基仅对某一种蛋白质有特别强的亲和性。如单克隆抗体对抗原的特异性的吸附。

  亲和层析除特异性的吸附外，仍然会因分子的错误认别和分子间非选择性的作用力而吸附一些杂蛋白质，另洗脱过程中的配体不可避免的脱落进入分离体系。

  与超滤结合起来，将两者优点集中形成超滤亲和纯化，具有高分离效率和大规模工业化的优点，适用于初分离。

按配基的不同可分为：

（1）金属螯合介质

  过渡金属离子Cu2＋、Zn2＋和Ni 2＋等以亚胺络合物的形式键合到因定相上，由于这些金属离子与色氨酸、组氨酸和半胱氨酸之间形成了配价键，从而形成了亚胺金属—蛋白螯合物，使含有这些氨基酸的蛋白被这种金属螯合亲和色谱的固定相吸附。螯合物的稳定性受单个组氨酸和半胱氨酸解离常数所控制，从而亦受流动相的pH和温度的影响，控制条件可以使不同蛋白质相互分离。

（2）小配体亲和介质

  配体有精氨酸、苯甲酰胺、钙调因子、明胶、肝素和赖氨酸等等。

（3）抗体亲和介质

  即免疫亲和层析，配体有重组蛋白A和重组蛋白G，但蛋白A比蛋白G专一，蛋白G能结合更多不同源的IgG。

（4）颜料亲和介质

  染料层析的效果除主要取决于染料配基与酶的亲和力大小外，还与洗脱缓冲液的种类、离子强度、PH值及待分离的样品的纯度有关。配体有Cibacron Blue和Procion Red两种。在一定的条件下，固定化的染料能起阳离子交换剂的作用，为了避免此现象的发生，最好要离子强度小于0。1和PH大于7时操作。

（5）外源凝集素亲和介质

  配体有刀豆球蛋白、扁豆外源凝集素和麦芽外源凝集素，固相外源凝集素能和数种糖类残基发生可逆反应，适合纯化多糖、糖蛋白。

10．非极性基团之间作用力

  溶质分子中的非极性基团与非极性固定相间的相互作用力（非选择性分散力或伦敦力）大小与溶质分子极性基团与流动力相中极性分子在相反方向上相互作用力的差异进行分离。因其流动相中的置换剂是极性小于水的有机溶剂（如甲醇、乙腈、四氢呋喃等），这些有机溶剂可能使许多蛋白质分子产生不可逆的变性；流动相中须有离子对试剂（如三氟乙酸、甲酸、磷酸等）存在才可使分离有效地进行和获得高的质量回收率；分离须在酸性介质中进行（一般pH在2~3之间），又有一些蛋白质会在后两种条件下产生不可逆的分子构象变化，故在生物大分子中人分离纯化中受到限制，但分子构象变化可逆的蛋白质而言是有效的方法。

  正相色谱在生物大分子中的分离和纯化中应用相对较少，因所用的溶剂很贵。

11．可逆性缔合

  在某些溶液条件下，有一些酶能聚合成二聚体、四聚体等，而在另一种条件下则形成单体，如相继在这两种不同的条件下按大小就可以进行分级分离。

12．稳定性

12．1热稳定性

  大多数蛋白质加热到95℃时会解折叠或沉淀，利用这一性质，可容易地将一种经这样加热后仍保持其可溶性活性的蛋白质从大部分其它细胞蛋白质中分离开。

12．2蛋白酶解稳定性

  用蛋白酶处理上清液，消化杂蛋白，留下抗蛋白酶解抗性蛋白质。

13．分配系数

即利用双水相萃取分离，常用的生物物质分离体系有：聚乙二醇（PEG）/葡聚糖（DEXTRAN）、PEG/磷酸盐、PEG/硫酸铵等。由于具有含水比例高、选用的聚合物及盐对酶无毒性、分离设备与化学工业通用等优点，在工业上目益受重视。

分配行为受聚合物分子大小、成相浓度、PH、无机盐种类等因素影响，

发展：具有亲和双水相萃取及膜分离双水相萃取等新型双水相分离技术。

  双向水溶液系统的蛋白质纯化

  一些与水混合多聚物的不相溶性导致依赖于多聚物浓度的两相系统的液-液分配技术，可以由两不同的高水溶性的多聚物或一种多聚物各一种盐，用于从微生物匀浆中除支细胞碎片、后续分配步骤进一步纯化。分离的选择性一般随着分离分子或颗粒大小面增加。

14．表面活性

14．1泡沫分离

  蛋白质溶液具有表面活性，气体在溶液中鼓泡，气泡与液相主体分离，在塔顶富集，达到分离和浓缩的目的。

14．2反胶团相转移法

  反胶团相转移法是80年代兴起的一种新型分离技术，它利用表面活性剂分子在有机溶剂中自发形成的反向胶团（反胶团），在一定条件下将水溶性蛋白质分子增溶进反胶团的极性核（水池）中，再创造条件将蛋白质抽提至另一水相，实现蛋白质的相转移，达到分离和提纯蛋白质的目的。反胶团中的蛋白质分子受到周围水分子和表面活性剂极性头的保护，仍保持一定的活性，甚至表现出超活性。由于蛋白质增溶于反胶团与蛋白质所带电荷及反胶团内表面电荷间的静电作用及反胶团的大小有关，因而表面活性剂的种类、水溶液的pH值及离子强度等因素均影响反胶团对蛋白质的相转移。据报道利用AOT／异辛烷反胶团对酵母脂肪酶进行相转移。

14．3聚合物-盐-水液-固苯取体系是90年代在国内开发的种新的萃取体系，成功地用于萃取金属离子及卞果酸脱氢酶等生物活性物质较强的吸附及乳化作用等缺陷，成相容易成相后直接倾出液相即可使液固的相分离，勿需特殊技术处理，不用有机溶剂，无毒性，成相聚合物及盐对生物活性物质有稳定和保护作用，萃取分离选择性好消耗低、易于规模放大的分离生队物活件物质的新技术在聚乙二醇修饰物的聚乙二醇／葡聚糖双水相萃取体系共价作用：主要用于含巯基酶的纯化，通过共价键结合在层析介质上，偶联是可逆的，能还原二硫键的低分子化合物洗脱，如空间位阻，可在含变性剂的缓冲液时吸附，如已含二硫键，则先用还原剂打开。

溶剂萃取分离 本文来自：博研联盟论坛 

韩山师范学院   2003131140   许良苹 本文来自：博研联盟论坛 

一 前言 本文来自：博研联盟论坛 

  溶剂萃取又称液——液萃取，是近代分析化学中常用而重要的分离方法之一。其优点是简单、快速、易于操作和自动化，既可萃取基体元素，又可分离富集痕量元素，由于有机合成化学的发展和所取得的成就，可供选择的萃取剂类型不文字断增多，因此可供选择的萃取体系亦多，容易达到高的选择性和萃取率，溶剂萃取可与光度法、原子吸收法、电化学方法、X射线荧光光谱文字法、发射光谱法等结合，提高分离和测定的选择性及灵敏度。那么，下面我们就来共同学习有关溶剂萃取分离法的有关知识。 本文来自：博研联盟论坛 

二 基本原理 本文来自：博研联盟论坛 

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  溶剂萃取的其中一相为水溶液，另一相为有机溶剂，两者互不相溶。被分离的物质从水溶液中进入有机溶剂中，立即形成两层。有机溶剂是在上层还是在下层，决定于它的相对密度是小于或大于水。例如四氯化碳相对密度是1.59，乙醚相对密度0.74，苯相对密度0.88，而氯仿相对密度1.48。 本文来自：博研联盟论坛 

  如果水溶液中有溶质A和B，当有力振荡摇动时，如果有机溶剂对水溶液中的A的亲和力大于水，A便部分或全部由水溶液中进入有机溶剂中，A就被萃取，而B亲水所以仍留在水中，这样A和B就得以分离了。而往往A溶质都没办法全部转入有机溶剂中，也就是说在不互溶的水相和有机相中都有A的存在。设物质A在萃取过程中分配在两相中，A水 A相，在一定温度下，当分配达到平衡时，物质A在两种溶剂中的活度比保持恒定，即分配定律，可用下式表示为：PD= ，当浓度较低时，可用浓度代替活度，即KD = 。。。。。。（1）   其中KD称为分配系数，KD大，则绝大部分进入有机相，KD小则仍留在水相中，（1）式称分配定律，是溶剂萃取法的基本原理。 本文来自：博研联盟论坛 

但分配系数KD只适用于溶质在萃取过程中没有发生任何化学反应的情况，而往往溶质A在两相中存在多种形态，如离解、缔合、络合、聚合等等。例如CCl4萃取OSO4时，在水相中存在OSO4、OSO52-和HOSO5-等三种形式，而在有机相中存在OSO4和（OSO4）4两种形式，既D= ，D就称为分配比。在同一体系中，溶质A和B的萃取常数分别为DA、DB，其比称为分离常数，用β表示：β= 。在实际工作中，最有意义的是萃取效率，用E来表示为：E％= ×100％。 本文来自：博研联盟论坛 

三 萃取类型 本文来自：博研联盟论坛 

根据相似相容原则（即极性化合物易溶于极性的溶剂中，而非极性化合物易溶于非极性溶剂中，这一规律称为相似相容原则）有机溶剂萃取的化合物主要分两大类，即金属螯合物和离子缔合物。 本文来自：博研联盟论坛 

（一）      金属螯合物 本文来自：博研联盟论坛 

金属离子与螯合物的阴离子结合而形成中性螯合物分子。这类金属螯合物难溶于水，而易溶于有机溶剂，因而能被有机溶剂所萃取。例如Fe3+与铜铁试剂所形成的螯合物就属于这种类型。这种类型的萃取灵敏度很高，分配比非常大，当选用合适的鏊合剂和操作的PH植，可以萃取体系中浓度很低的物质。但并不是任何鏊合剂都能作萃取剂。如EDTA和1，10—二氮非都是鏊合剂，但它们与金属离子形成亲水性的带电荷的络离子。故很难用有机溶剂萃取。但这类鏊合剂可用作提高萃取方法选择性的掩蔽剂。 本文来自：博研联盟论坛 

（二）      离子缔合物 本文来自：博研联盟论坛 

阳离子和阴离子通过静电吸力相结合形成的化合物称为离子缔合物。离子缔合物包括金属阳离子的离子缔合物和金属络阴离子或无机酸根的离子缔合物。 本文来自：博研联盟论坛 

水合金属阳离子与适当的络合剂作用。形成很少配位水分子的络阳离子。然后与大体积的阴离子缔合形成疏水性的离子缔合物。例如Cu+与2，9—二甲基—1，10—二氮非的螯合物带正电荷，能与cl-生成可被CHCl3萃取的离子缔合物。许多金属离子能形成络阴离子如GaCl4-、FeCl4-等许多无机酸在水溶液中以阴离子形式存在，如WO42-、VO3-等，为了萃取这些离子，可利用一种大分子量的有机阳离子和它们形成疏水性的离子缔合物。例如氯化四苯砷与ReO4-可生成被CHCl3萃取的离子缔合物。 本文来自：博研联盟论坛 

（三）      萃取分离操作 本文来自：博研联盟论坛 

1 萃取 本文来自：博研联盟论坛 

常用的萃取操作是单效萃取法，又叫做间歇萃取法。通常用60~250ml容积的梨型分液漏斗进行萃取。萃取所需的时间决定于达到萃取平衡的速度，一种是化学反应速度，另一种是扩散速度。如将10ml5% FlCl3溶液和5ml5%AlCl3溶液混入烧杯中，将15ml混合液和15ml浓HCl先后倒入梨型分液漏斗中，再加上30ml乙醚溶液充分振荡摇动。 本文来自：博研联盟论坛 

2      分层 本文来自：博研联盟论坛 

萃取后应让溶液静置一下，待其分层，然后将两相分开。分开时不应让被测物组分损失，也不要让干扰组分混入。假如一次萃取不能满足分离的要求，可采取多次萃取的方法，但一般不超过5次，将每次的有机相归并到一个容器中。 本文来自：博研联盟论坛 

3      洗涤 本文来自：博研联盟论坛 

在萃取分离时，当被测组分进入有机相时，其他干扰组分也可以进入有机相中，杂质被萃取的程度决定于其分配比。若杂质的分配比很小，可借洗涤的方法除去，洗涤液的基本组成与试液相同，但不含试样，将分出的有机相与洗涤液一起振荡，由于杂质的分配比小，容易转入水相，因而被洗去，此时被测组分也会有所损失，但不至于影响分析结果的准确度。 本文来自：博研联盟论坛 

五 溶剂萃取在分析化学中的应用 本文来自：博研联盟论坛 

溶剂萃取在分析化学中的应用主要有几点： 本文来自：博研联盟论坛 

1 干扰元素的分离   用丁二酮二肟从氨水溶液——柠檬酸盐弱碱性介质中将Ni萃取入氯仿中，与Fl、Al、Co等元素分离。 本文来自：博研联盟论坛 

2      性质极相近的元素分离   众所周知，Mo—W、Nb—Ta、Zr—Hf以及稀土元素的性质都极为相近。一般化学方法难以分离它们，但萃取就能获得良好的效果。Zr用HTTA在C6H6中从2mol／L HClO4溶液中萃取。可以与Hf分离. 本文来自：博研联盟论坛 

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3      痕量元素的富集   天然水及废水中的痕量重金属在适当PH值时作为螯合物被萃取入有机相，浓度可以增大1~2个数量级。高纯度物质的痕量元素也能被有选择性地进入有机相，而与基体元素分开。但是反过来，螯合萃取基体元素与痕量元素分离是不可取的。 本文来自：博研联盟论坛 

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4 萃取与仪器分析的结合   水中痕量Pb、Zn、Cd在PH=3.0~3.5柠檬酸介质中，用吡咯烷二硫甲酸铵（APDC）螯合，进入甲基异丁酮（MIBK）用火焰原子吸收测定。 本文来自：博研联盟论坛 

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参考文献   《实用分析化学》 天津大学出版社 本文来自：博研联盟论坛 

《分析化学》   第二版   武汉大学 本文来自：博研联盟论坛 

《分析化学 》   高等教育出版社 本文来自：博研联盟论坛 

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10 溶剂萃取法 本文来自：博研联盟论坛 

在液体混合物溶液中加入某种溶剂，使溶液中的组分得到全部或部分分离的过程称为萃取。溶剂萃取法是从稀溶液中提取物质的一种有效方法。广泛地应用于冶金和化工行业中。在黄金行业中，用溶剂萃取法提取纯金、银已有许多研究[1～3]，在国外，其成熟技术已经工业应用多年。用萃取法从含氰废水中提取铜、锌的研究也多有报导[5～6]。 本文来自：博研联盟论坛 

在我国，直到1997年才由清华大学和山东省莱州黄金冶炼厂合作完成了萃取法从氰化贫液中分离铜的工业试验，取得了较好的效果。 本文来自：博研联盟论坛 

9.1 溶剂萃取法的基本原理 本文来自：博研联盟论坛 

溶剂萃取法也称液—液萃取法，简称萃取法。萃取法由有机相和水相相互混合，水相中要分离出的物质进入有机相后，再靠两相质量密度不同将两相分开。有机相一般由三种物质组成，即萃取剂、稀释剂、溶剂。有时还要在萃取剂中加入一些调节剂，以使萃取剂的性能更好。从氰化物溶液中萃取有色金属氰络物一般用高分子有机胺类，如氯化三烷基甲胺（N263）、稀释剂为高碳醇、溶剂是磺化煤油。水相即是要处理的废水。与吸收操作相似，萃取法以相际平衡为过程极限。这与离子交换法和液膜法也是相近的。但离子交换法使用固体离子交换树脂做吸收物质；而液膜法使用的是油包水（碱溶液用于吸收氰化氢）组成的吸收物质。萃取法所用的吸收剂均由有机物组成，其质量密度一定要与水溶液或称萃取原料液有相当大的差别，以使两相靠重力就能较容易地分离开，有机相还要有较高的沸点，以保证有机物在使用过程中不至于损失太大。 本文来自：博研联盟论坛 

萃取过程是一个传质过程，溶质从水相传递到有机相中，直到平衡。因此要求萃取设备能充分地使水相中的物质在较短时间内扩散到有机相中，而且要求有机相的粘度不要过大，以免被吸收物质在有机相内产生较大浓度梯度而阻碍吸收进程。 本文来自：博研联盟论坛 

萃取过程得到的富集了水相中某种物质或几种物质的有机相叫萃取相。经过萃取分离出某种物质或几种物质的水相叫萃余液。 本文来自：博研联盟论坛 

通过反萃将萃取相的被萃取物分离出去才能使有机相循环使用。对于含铜氰络离子的萃取相，可用烧碱溶液将铜络离子从萃取相中反萃出来，得到含铜氰络合物浓度极高的溶液。通过电解法可以将这种溶液中的铜沉积下来，而铜浓度大为降低的电解废液可用于氰化过程。也可通过酸化回收法处理含铜氰络合物的萃取液，回收氰化物和铜，产生的废液用石灰中和、澄清后返回氰化过程。萃余液即经过萃取法处理的水相再经过除油即可用于氰化过程。 本文来自：博研联盟论坛 

为了在有限的时间内完成萃取过程，一般设多级萃取和多级反萃取。以此增加被分离物质在有机相中的富集比并提高传质速率。 本文来自：博研联盟论坛 

萃取所有的萃取设备主要有4种类型，即混合沉降器、填料塔、筛板塔、喷淋塔，近年来，又出现了外加能量的脉动填充塔和筛板塔以及分离密度差较小的离心分离器。最常用的是混合沉降器，见图9-1。 本文来自：博研联盟论坛 

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  有机相   水相 本文来自：博研联盟论坛 

本文

                  萃取液 本文来自：博研联盟论坛 

本文来自：博研联盟论坛                  萃余液 本文来自：博研联盟论坛 

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图9-1 混合澄清萃取设备示意图 本文来自：博研联盟论坛 

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9-2 工艺参数及工艺流程 本文来自：博研联盟论坛 

工业试验所选用的萃取剂是N235，即一种混合叔胺，调整剂是异辛醇，稀释剂是磺化煤油。三种有机物的比例是3：3：6。有使用前，要预选对萃取剂进行质子化处理，即用酸处理： 本文来自：博研联盟论坛 

R3N（O）+HA（W）→[R3NH]+A（O）— 本文来自：博研联盟论坛 

HA可以是盐酸、硫酸或硝酸。 本文来自：博研联盟论坛 

萃取铜、锌氰络物的化学原理如下： 本文来自：博研联盟论坛 

  3[R3NH]+A（O）—+Cu（CN）43-→Cu（CN）4[R3NH]3（O）+3Cl—（W） 本文来自：博研联盟论坛 

  2[R3NH]+A（O）—+Zn（CN）42-→Zn（CN）4[R3NH]2（O）+3Cl—（W） 本文来自：博研联盟论坛 

负载铜、锌氰络物离子的有机相可用NaOH溶液进行反萃取： 本文来自：博研联盟论坛 

Cu（CN）4[R3NH]3（O）+3OH-（W）→3R3N（O）+Cu（CN）43-（W）+3H2O 本文来自：博研联盟论坛 

Zn（CN）4[R3NH]2（O）+2OH-（W）→2R3N（O）+ Zn（CN）42-（W）+2H2O 本文来自：博研联盟论坛 

清华大学提出：所得到的铜、锌氰络物浓度较高，可以通过电解法将其中的铜、锌还原成金属，而其中的氰化物可重新用于氰化。 本文来自：博研联盟论坛 

工业试验完成时，这种反萃液采用该厂原有的酸化回收法装置处理。所产生的含硫酸及铜、锌的废水用石灰中和到碱性，分离出难溶物的废液重新用于氰化工艺中。 本文来自：博研联盟论坛 

工业试验采用的工艺参数如下： 本文来自：博研联盟论坛 

质子化所用盐酸浓度：4N 本文来自：博研联盟论坛 

质子化级数：     1级 本文来自：博研联盟论坛 

质子化相比       O/A=1：1 本文来自：博研联盟论坛 

萃取级数         4级 本文来自：博研联盟论坛 

萃取相比         O/A=1：1 本文来自：博研联盟论坛 

反萃取级数       2级 本文来自：博研联盟论坛 

反萃取相比       O/A=5：1 本文来自：博研联盟论坛 

处理能力：       60m3/d（2套设备总处理能力） 本文来自：博研联盟论坛

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            盐酸   贫液 烧碱液 本文来自：博研联盟论坛 

            ↓   ↓   ↓ 本文来自：博研联盟论坛 

有机相（萃取剂）→质子化→萃取→反萃取→有机相 本文来自：博研联盟论坛 

                  ↓   ↓ 本文来自：博研联盟论坛 

                除油   电解→金属铜、锌 本文来自：博研联盟论坛 

                  ↓   ↓ 本文来自：博研联盟论坛 

                含氰化物溶液返回氰化 本文来自：博研联盟论坛 

图9-2 萃取法工艺流程示意图 本文来自：博研联盟论坛 

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工业试验装置的工艺流程见图9-2。 本文来自：博研联盟论坛 

9-3 萃取法工业试验结果 本文来自：博研联盟论坛 

工业试验装置于1996年10月建成，同年12月完成调试。1997年1月开始运行，其运行结果见表9-1。 本文来自：博研联盟论坛 

表9-1 1997年全年、1998年前10个月运行结果(平均值) 本文来自：博研联盟论坛 

年份 贫液含铜（g/L） 萃余液含铜（g/L） 反萃液含铜（g/L） 本文来自：博研联盟论坛 

1997   8.30         0.29         39.70 本文来自：博研联盟论坛 

1998   7.81         0.36         38.60 本文来自：博研联盟论坛 

萃取法产生的萃余液(低铜浓度贫液)用于氰化工艺,金浸出率和氰化物加量的变化见表9-2。 本文来自：博研联盟论坛 

表9-2 各年度氰化浸金结果（平均值） 本文来自：博研联盟论坛 

年份 氰原金品位（g/t） 氰渣金品位（g/t） 金浸出率（%） 氰化钠加量（kg/t） 本文来自：博研联盟论坛 

1995   61.30         1.49         97.59       7.05 本文来自：博研联盟论坛 

1996   64.40         1.71         97.06       8.05 本文来自：博研联盟论坛 

1997   72.10         1.96         97.30       8.91 本文来自：博研联盟论坛 

1998*   76.34         1.37         98.17       7.87 本文来自：博研联盟论坛 

注:*1998年前10个月的平均数据。 本文来自：博研联盟论坛 

实践证明，通过萃取法处理的贫液返回氰化厂使用，不但没有对氰化指标产生有害影响，相反，还提高了浸出率、减少了氰化钠用量。 本文来自：博研联盟论坛 

萃取法处理成本及经济效益情况见表9-3。 本文来自：博研联盟论坛 

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表9-3 萃取法处理成本及经济效益 本文来自：博研联盟论坛 

  项目   单位   单价（元） 单耗、单产（kg/m3） 金额（元） 本文来自：博研联盟论坛 

总成本                             77.79 本文来自：博研联盟论坛 

1 材料费                             71.69 本文来自：博研联盟论坛 

硫酸   kg   0.40     17.80           7.12 本文来自：博研联盟论坛 

盐酸   kg   0.50     50.00           25.00 本文来自：博研联盟论坛 

液碱   kg   0.40     90.00           36.00 本文来自：博研联盟论坛 

有机物   kg   17.79     0.05           0.89 本文来自：博研联盟论坛 

其它                             2.68 本文来自：博研联盟论坛 

2 动力费                             6.10 本文来自：博研联盟论坛 

电     kwh   0.61     10.00           6.10 本文来自：博研联盟论坛 

总收入                             216.19 本文来自：博研联盟论坛 

氰化钠   kg   10.00     17.64           176.40 本文来自：博研联盟论坛 

铜     kg   5.80     6.86           39.79 本文来自：博研联盟论坛 

3 盈利                             138.40 本文来自：博研联盟论坛 

1997年1月至1998年10月，共处理贫液24778m3，产铜170t，回收氰化钠437t。经济效益343万元。与原来采用酸化回收法处理废水的工艺相比，少排放含氰废水25万m3。对提高企业经济效益、减少环境污染起到了很大作用。 本文来自：博研联盟论坛 

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参考文献 本文来自：博研联盟论坛 

1 舒万艮 古映莹 王开毅 罗春艳 溶液萃取法从低含量金浸出液中提取金的研究 黄金 1995，（16）1，35～37 本文来自：博研联盟论坛 

2 吴冠民 贵金属 1980，2，14～21 本文来自：博研联盟论坛 

3 张维霖 贵金属 1984，（3）5，37～43 本文来自：博研联盟论坛 

4 Michael B.Mooiman等 从氰化亚金盐溶液中溶剂萃取金 ISEC'83，440～445 本文来自：博研联盟论坛 

5傅建顺 杨惠明 周展云 从氰化液中萃取铜的机理研究 黄金 1991，（12）4，37～41 本文来自：博研联盟论坛 

6 P.Van Acker等 用溶剂萃取法从氰化物电镀废液中回收和分离铜锌ISEC'83，446～450

超临界流体萃取过程是利用处于临界低压和临界温度以上的流体具有特异增加的溶解能力而发展出来的化工分离新技术，人们发现处于临界压力和临界温度以上的流体对有机化合物溶解增加的现象是非常惊人的。一般能增加几个数量级，在适当条件下甚至可达到按蒸气压计算所得浓度的1010倍(油酸在超临界乙烯中的溶解度)但是应用这一特殊溶解能力的新型分离技术一超临界流体萃取过程却是近20年的事情。从80年代以来，国际上投入大量人力、物力进行研究，范围涉及食品、香料、医药和化工等领域，并取得了一系列进展。我国超临界流体萃取研究始于20世纪80年代初，从基础数据，工艺流程和实验设备等方面逐步发展，历经20多年的努力，我国超临界流体萃取技术研究和应用已取得显著成绩。目前全国已建成10余套工业规模萃取装置，中小型设备，达百余套。超临界流体萃取在我国已逐步走向工业化，有多种产品进入市场，其发展方兴未艾。



1 超临界流体萃取过程简介

将萃取原料装入萃取釜。采用二氧化碳为超临界溶剂。二氧化碳气体经热交换器冷凝成液体，用加压泵把压力提升到工艺过程所需的压力(应高于二氧化碳的临界压力)，同时调节温度，使其成为超临界二氧化碳流体。二氧化碳流体作为溶剂从萃取釜底部进入，与被萃取物料充分接触，选择性溶解出所需的化学成分。含溶解萃取物的高压二氧化碳流体经节流阀降压到低于二氧化碳临界压力以下进入分离釜(又称解析釜)，由于二氧化碳溶解度急剧下降而析出溶质，自动分离成溶质和二氧化碳气体二部分，前者为过程产品，定期从分离釜底部放出，后者为循环二氧化碳气体，经过热交换器冷凝成二氧化碳液体再循环使用。整个分离过程是利用二氧化碳流体在超临界状态下对有机物有特异增加的溶解度，而低于临界状态下对有机物基本不溶解的特性，将二氧化碳流体不断在萃取釜和分离釜间循环，从而有效地将需要分离提取的组分从原料中分离出来。

2 超临界流体萃取技术的特点

2.1 具有广泛的适应性

由于超临界状态流体溶解度特异增高的现象是普遍存在。因而理论上超临界流体萃取技术可作为一种通用高效的分离技术而应用。

2.2 萃取效率高，过程易于调节

超临界流体兼具有气体和液体特性，因而超临界流体既有液体的溶解能力，又有气体良好的流动和传递性能。并且在临界点附近，压力和温度的少量变化有可能显著改变流体溶解能力，控制分离过程。

2.3 分离工艺流体简单

超临界萃取只由萃取器和分离器二部分组成，不需要溶剂回收设备，与传统分离工艺流程相比不但流程简化，而且节省耗能。

2.4 分离过程有可能在接近室温下完成(二氧化碳)，特别适用于过敏性天然产物

2.5 必须在高压下操作，设备及工艺技术要求高，投资比较大

3 超临界流体萃取技术展望

当今，随着人们生活水平的不断提高，对工业污染的普遍关心，以及世界各地对食品管理卫生法规有日趋严格的趋势，天然产物，“绿色食品”将取得不断发展。然而，传统的天然产物分离，精制加工工艺中的压榨；加热；水汽蒸馏和溶剂萃取等工艺手段往往会造成天然产物中某些热敏性或化学不稳定性成分在加工过程中被破坏，改变了天然食品的独特“风味”和营养。而且加工过程溶剂残留物的污染也是不可避免的，因而人们一直在寻找新的天然产物加工新工艺，超临界流体萃取技术将有可能满足人们这一要求。所以在过去20年中，国际上在超临界流体萃取分离领域上投人大量研究工作。并在食品和香料加工领域取得一批有价值的应用成果，引起广泛关注。但超临界流体萃取并没有像有些人所期望那样取代传统的分离方法，特别是90年代以来发展趋势渐缓，没有新的，有影响力的工业化成果出现，综观其原因，超临界流体萃取存在着以下弊端：

⑴分离过程在高压下进行，设备一次性投资大。

⑵萃取釜无法连续操作，造成装置的时空产生率比较低。

⑶过程消耗指标不容忽视。

因此，超临界流体萃取技术的开发，应充分考虑其经济性能，只有那些能充分发挥该技术固有优点的过程才具有工业实用性的观点，正逐渐成为人们的共识。



我国超临界萃取技术历经引进和仿制设备，工艺技术等阶段，已逐步走向工业化。只有结合我国丰富天然产物资源开发出自己的分离新工艺，新技术才可能有进一步的发展，另外，目前我国超临界产品如何走向市场，也是本技术能否进一步发展的重大问题，殷切希望在全国同行努力下，使我国超临界流体萃取产业能够形成特色，走出一条自己的路。

参考资料：甘肃省养蜂研究所