分离工程试卷

试卷A

一、填充题（40分，每小题2分）

1. 生物产品的分离包括R Removal of insolubles，I Isolation，

P Purification, 和P Polishing。

2. 发酵液常用的固液分离方法有离心和过滤等。

3. 离心设备从形式上可分为管式，碟片式套筒式等型式。

4. 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；

5. 多糖基离子交换剂包括葡聚糖离子交换剂和离子交换纤维素两大类。

6. 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。

7. 影响吸附的主要因素有吸附质的性质，温度，溶液pH值，盐浓度，

吸附物浓度和吸附剂用量。

8. 离子交换树脂由载体，活性基团和可交换离子组成。

9. 电泳用凝胶制备时，过硫酸铵的作用是引发剂；

甲叉双丙烯酰胺的作用是交联剂；

TEMED的作用是增速剂；

10 影响盐析的因素有溶质种类，溶质浓度，pH值和温度；

11.在结晶操作中，工业上常用的起晶方法有自然起晶法，刺激起晶法和晶种起晶法；

12.简单地说，离子交换过程实际上只有外部扩散，内部扩散和

化学交换反应三个步骤；

13.在生物制品进行吸附或离子交换分离时，通常遵循Langmuir吸附方程，其形式为

Q＝q0C/(k+C) ；

14. 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；

15.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；

16.离子交换树脂的合成方法有共聚（加聚）和均聚（缩聚）两大类；

17.常用的化学细胞破碎方法有渗透压冲击，增溶法，脂溶法，酶消化法

和碱处理法；

18.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；

19.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；

20. 晶体质量主要指晶体大小，晶体性状和晶体纯度三个方面；

二. 讨论题（30分）

1.请结合图示简述凝胶排阻色谱（分子筛）的分离原理。（6分）

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。

2.绘制结晶过程中饱和曲线和过饱和曲线图，并简述其意义。（6分）

答：结晶过程中的饱和温度曲线和不饱和温度曲线的简图如

右图所示：

S-S曲线为饱和温度曲线，在其下方为稳定区，在该区域溶液

为不饱和溶液，不会自发结晶；

T-T曲线为过饱和温度曲线，在其上方为不稳定区，能够自发

形成结晶；

S-S曲线和T-T曲线之间为亚稳定区，在该区域，溶液为过饱

和溶液，但若无晶种存在，也不能自发形成晶体；

3. 何谓亲和吸附，有何特点？（6分）

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。

4. 简述结晶过程中晶体形成的条件（6分）

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。

5.试比较常规聚丙稀酰胺凝胶电泳与SDS PAGE的分离原理。（6分）

答：常规聚丙烯酰胺凝胶电泳和SDS-PAGE均为凝胶电泳的一种。

聚丙烯酰胺凝胶电泳分离蛋白质是依据其电荷（性质、荷电量）、分子形状和分子大小（分子量）差异实现分离的；

SDS-PAGE由于加入了SDS和强还原剂（DTT等），破坏了蛋白质分子的高级（二级、三级、四级）结构，并与蛋白质形成荷大量负电荷的聚合物，消除了

不同蛋白质分子电荷及分子形状差异，而仅将分子量差异作为分离

依据，常用于测定未知蛋白质的亚基分子量。

三.计算题（30分）

1、用醋酸戊酯从发酵液中萃取青霉素，已知发酵液中青霉素浓度为

0.2Kg/m3，萃取平衡常数为K=40，处理能力为H=0.5m3/h，萃取溶剂流量为L=0.03m3/h，若要产品收率达96%，试计算理论上所需萃取级数？（10分）

解：由题设，可求出萃取系数E，即：

400.03

2.4

0.5

kL

E

H

?

===

根据1196%1

n n E E P E ++-==-，得n ＝4 2、应用离子交换树脂作为吸附剂分离抗菌素，饱和吸附量为0.06 Kg （抗菌素）/Kg （干树脂）；当抗菌素浓度为0.02Kg/m 3时，吸附量为0.04Kg/Kg ；假定此吸附属于Langmuir 等温吸附，求料液含抗菌素0.2Kg/m 3时的吸附量（10分）

解：由题设，根据Langmuir 吸附等温式可求出K 值，即： 00.060.020.04,0.010.02

q C q k K C k ?====++ 则当料液含抗菌素0.2Kg/m 3时的吸附量可计算如下：

0.060.20.057/0.010.2q kg kg ?==+

3、一种耐盐细胞其能积累细胞内低分子量卤化物，适应高渗透压，能在含有0.32mol/LNaCl, 0.02mol/LMgCl 2 , 0.015mol/LCaCl 2, 0.01mol/LFeCl 3 的培养基这培养，当其从含盐量高的培养基中转移至清水中，在数分钟内能将胞内产物释放出来，试估计细胞膜所受渗透压的大小。（设操作温度为25℃）（10分）

解：细胞所受渗透压按照下式计算： P out -P in ＝ -RT Ci

＝ －8.314×298×(0.32×2＋0.02×3＋0.015×3＋0.01×4)×10

3

＝－1.94×106 Pa

试题（ B ）卷

一、填充题（40分，每小题2分）

1. 生物产品的分离包括Removal of insolubles，Isolation ，Purification,

和Polishing 。

2. 发酵液常用的固液分离方法有: 离心和过滤等。

3. 离心设备从形式上可分为管式，套筒式，碟片式等型式。

4. 亲和吸附原理包括吸附介质的制备，吸附和洗脱三步。

5. 多糖基离子交换剂包括葡聚糖离子交换剂和离子交换纤维素两大类。

6. 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。

7. 影响吸附的主要因素有吸附质的性质，温度，溶液pH值，盐浓

度，吸附物浓度和吸附剂用量。

8. 离子交换树脂由载体，活性基团和可交换离子组成。

9. 电泳用凝胶制备时，过硫酸铵的作用是引发剂；

甲叉双丙烯酰胺的作用是交联剂；

TEMED的作用是增速剂；

10 影响盐析的因素有溶质种类，溶质浓度， pH值和温度；

11.根据分离机理的不同，色谱法可分为吸附色谱，分配色谱，离子交

换色谱和凝胶色谱。

12.盐析实验中用于关联溶质溶解度与盐浓度的Cohn方程为lgS＝β－K s I；

当保持体系温度、pH值不变，仅改变溶液离子强度进行的盐析操作称为K s

盐析法；当保持离子强度不变，改变温度、pH值进行的盐析操作称为β盐析法。

13.过饱和溶液的形成方式有：热饱和溶液冷却，蒸发溶剂，真空蒸

发冷却，化学反应结晶和盐析。

14. 蛋白质分离常用的色谱法有金属螯合色谱，共价色谱，离子交换色谱

和疏水作用色谱。

15. 离子交换树脂的合成方法有共聚（加聚）和均聚（缩聚）两大类；

16.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。

17. SDS PAGE电泳制胶时，加入十二烷基磺酸钠（SDS）的目的是消除各种待分离

蛋白的电荷和分子形状差异，而将分子量作为分离的依据。

18.工业上常用的起晶方法有自然起晶法，刺激起晶法和晶种起晶法。

19.高效液相色谱分离方法中，液-液色谱是以液体作为流动相；以固

定在固相载体表面的液体作为固定相。

20. 常用的蛋白质沉析方法有盐析，等电点沉析和有机溶剂沉析。

二、讨论题（30分）

1、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。

2、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。

3、简述SDS PAGE电泳测定未知蛋白分子量的方法

答：SDS-PAGE是凝胶电泳的一种，其分离原理是基于不同分子量的蛋白质（亚基）在电场中的迁移率不同，因此利用该技术测定未知蛋白质（亚基）的分子量是十分方便的，具体的方法是利用标准分子量MARK，与样品一同电泳，染色后根据标准分子MARK中已知分子量蛋白质的迁移率与其分子量的对数值作图，可得一标准曲线并拟合方程，再结合未知蛋白质的迁移率即可计算得到大致的分子量。

4、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。

5、绘制结晶过程中，饱和曲线和过饱和曲线图，并简述其意义

答：结晶过程中的饱和温度曲线和不饱和温度曲线的简图如右图所示： S-S 曲线为饱和温度曲线，在其下方为稳定区，在该区域溶液为

不饱和溶液，不会自发结晶；

T-T 曲线为过饱和温度曲线，在其上方为不稳定区，能够自发形

成结晶；

S-S 曲线和T-T 曲线之间为亚稳定区，在该区域，溶液为过饱和

溶液，但若无晶种存在，也不能自发形成晶体；

三.计算题（30分）

1. 用管式离心机从发酵液中分离大肠杆菌细胞，已知离心管的内径

为0.15m ，高0.8m ，转速为18,000 r/min ，生产能力为Q=0.3m 3

/h 。

求细胞的离心沉降速度V 。（10分）

解：由题设，根据 2222)60/218000(15.08.0281

.9)3600/3.0(2ππωπ?????==lR Qg

v g ＝2.038×10－9m/s

2. 应用离子交换树脂作为吸附剂分离抗菌素，饱和吸附量为0.06 Kg （抗菌素）/Kg （干树脂）；当抗菌素浓度为0.02Kg/m 3

时，吸附量为0.04Kg/Kg ；假定此吸附属于Langmuir 等温吸附，求料液含抗菌素0.2Kg/m 3时的吸附量（10分） 解：由题设，根据Langmuir 吸附等温式可求出K 值，即： 01.0,04.002

.002.006.00==+?=+=k k C K C q q 则当料液含抗菌素0.2Kg/m 3时的吸附量可计算如下：

kg kg q /057.02

.001.02.006.0=+?= 3.用醋酸戊酯从发酵液中萃取青霉素，已知发酵液中青霉素浓度为0.2Kg/m 3，萃

取平衡常数为K=40，处理能力为H=0.5m 3/h ，萃取溶剂流量为L=0.03m 3

/h ，若要产品收率达96%，试计算理论上所需萃取级数？（10分） 解：由题设，可求出萃取系数E ，即4.25

.003.040=?==H kL E 根据%96111=--=++n n E E

E P ，取n ＝4