《生物分离工程》题库+答案之欧阳理创编.docx

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《生物分离工程》题库+答案之欧阳理创编

《生物分离工程》题库

时间：

2021.03.05

创作：

欧阳理

一、填充题

1.生物产品的分离包括R不溶物的去除，I产物分离，P纯化和P精制；

2.发酵液常用的固液分离方法有过滤和离心等；

3.离心设备从形式上可分为管式，套筒式，碟片式等型式；

4.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离子交换纤维素和葡聚糖凝胶离子交换剂两大类；

6.工业上常用的超滤装置有板式，管式，螺旋式和中空纤维式；

7.影响吸附的主要因素有吸附质的性质，温度，溶液pH值，盐的浓度和吸附物的浓度与吸附剂的用量；

8.离子交换树脂由网络骨架（载体），联结骨架上的功能基团（活性基）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（提供催化丙烯酰胺和双丙烯酰胺聚合所必需的自由基）；

甲叉双丙烯酰胺的作用是交联剂（丙烯酰胺单体和交联剂甲叉双丙烯酰胺催化剂的作用下聚合而成的含酰胺基侧链的脂肪族长链）；

TEMED的作用是增速剂（催化过硫酸胺形成自由基而加速丙烯酰胺和双丙烯酰胺的聚合）；

10影响盐析的因素有溶质种类，溶质浓度，pH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步；

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

14.反相高效液相色谱的固定相是疏水性强的，而流动相是极性强的；常用的固定相有C8辛烷基和十八烷基C18；常用的流动相有乙腈和异丙醇；

15.超临界流体的特点是与气体有相似的粘度和扩散系数，与液体有相似的密度；

16.离子交换树脂的合成方法有加聚法和逐步共聚法两大类；

17.常用的化学细胞破碎方法有渗透冲击法，酶消化法，增溶法，脂溶法和碱处理法；

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的不同；

19.离子交换分离操作中，常用的洗脱方法有静态洗脱和动态洗脱；

20.晶体质量主要指晶体大小，形状和纯度三个方面；

21.亲和吸附原理包括配基固定化，吸附样品和样品解析三步；

22.根据分离机理的不同，色谱法可分为吸附、离交、亲和、凝胶过滤色谱

23.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-KsI；当在一定pH和温度下，改变体系离子强度（盐浓度）进行盐析的方法称为Ks盐析法；当在一定离子强度下，改变pH和温度进行盐析称为β盐析法；

24.蛋白质分离常用的色谱法有免疫亲和色谱法，疏水作用色谱法，金属螯合色谱法和共价作用色谱法；

25.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分子形状和电荷差异，而将分子量作为分离的依据；

26.常用的蛋白质沉析方法有等电点沉析法，盐析法和有机溶剂沉析；

27.常用的工业絮凝剂有有机高分子聚合物和无机高分子聚合物两大类；

28.典型的工业过滤设备有板框压滤机、垂直叶片式硅藻土过滤机和真空转鼓过滤机；

29.常用离心设备可分为离心沉降设备和离心过滤设备两大类；

30.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化学势相等；

31.根据吸附剂与吸附质之间存在的吸附力性质的不同，可将吸附分为物理吸附、化学吸附和交换吸附；

32.影响亲和吸附的因素有配基浓度、空间位阻、配基与载体的结合位点、微环境和载体孔径；

33.阳离子交换树脂按照活性基团分类，可分为强酸性阳离子交换树脂、弱酸性和中强酸性；其典型的活性基团分别有

、

、

；

34.阴离子交换树脂按照活性基团分类，可分为强碱性、弱碱性和中强碱性；其典型的活性基团分别有

、

、兼有以上两种基团；

35.DEAESepharose是阴离子交换树脂，其活性基团是

；

36.CMSepharose是阳离子交换树脂，其活性基团是

；

37.影响离子交换选择性的因素有离子水合半径、离子价、离子强度、溶液pH、有机溶剂、和交联度、膨胀度、分子筛；

38.离子交换操作一般分为静态和动态两种；

39.蛋白质等生物大分子，在溶液中呈稳定的分散状态，其原因是由于静电斥力作用和水化膜层；

40.盐析用盐的选择需考虑盐析作用要强、盐析用盐需有较大的溶解度、受温度影响小、盐必须是惰性的、来源丰富、经济等几个方面的因素；

41.影响有机溶剂沉淀的因素有温度、溶液pH、离子强度、样品浓度和金属离子的助沉作用；

42.常用的超滤装置有板式、管式、螺旋式和中空纤维式；

43.依据电泳原理，现有电泳分离系统可分为移动界面电泳、区带电泳和稳态电泳；

44.依据建立pH梯度的原理不同，等电聚焦（IEF）可分为载体两性电解质电泳和同相电泳；

45.双相电泳中，第一相是等电聚焦；第二相是SDS-PAGE；

46.结晶包括三个过程过饱和溶液的形成、晶核的形成和晶体生长；

47.过饱和溶液的形成方法有热饱和溶液冷却、部分溶剂蒸发、真空蒸发冷却法、化学反应结晶法和盐析法；

48.晶核自动形成时，体系总的吉布斯自由能的改变ΔG由表面过剩吉布斯自由能ΔGS和体积过剩吉布斯自由能ΔGV组成；

49.物料中所含水分可分为机械结合水、物化结合水和化学结合水三种；

50.根据干燥曲线，物料干燥可分为恒速干燥和降速干燥两个阶段；

51.工业生产中常用的助滤剂有硅藻土和珍珠岩；

52.液－液萃取从机理上分析可分为物理萃取和化学萃取两类；

53.基本的离子交换过程由外部扩散、内部扩散和化学交换组成；

54.吸附包括将待分离的料液通入吸附剂中，吸附质被吸附到吸附剂表面，料液流出和解吸四个过程组成；

55.大孔网状吸附剂有非极性，中等极性和极性三种主要类型；

56.亲和吸附剂表面连接的“手臂链”的作用是降低空间位阻的影响；

57.根据修饰基团的不同，离子交换树脂可分为强酸性阳离子交换树脂，强碱性阴离子交换树脂，弱酸性阳离子交换树脂和弱碱性阴离子交换树脂等四大类；

58.根据聚合方法，离子交换树脂的合成方法可分为加聚法和缩聚法两类；

59.根据聚合单体，离子交换树脂的合成方法可分为共聚法和均聚法两类；

60.影响离子交换速度的因素有颗粒大小、交联度、温度、离子化合价、离子大小、搅拌速率和溶液浓度；

61.分配色谱的基本构成要素有载体、固定相和流动相；

62.反相色谱常用的流动相有乙腈和异丙醇等；

63.反相色谱常用的固定相有C8和C18等；

64.Sepharose系列的离子交换树脂的载体是琼脂糖凝胶注：

葡聚糖凝胶（sephadex系列）；

65.分子筛色谱（凝胶色谱）的主要应用是脱盐、生物大分子的分离；

66.因重复被删

67.根据膜材料的不同，常用的膜可分为合成有机聚合物膜和无机材料膜

两类；

68.根据膜结构的不同，常用的膜可分为对称性膜、不对称膜和复合膜三类；

69.强制膜分离过程是指超滤和反渗透过程；

70.电泳系统的基本组成有电泳槽、电源、灌胶模具、外循环恒温系统、凝胶干燥器、电泳转移装置、电泳洗脱仪和凝胶扫描和摄录装置；

71.电泳后，样品的主要染色方法有考马斯亮蓝和银染法；

72.SDS－PAGE电泳中，SDS的加入是为了消除不同样品分子间形状和电荷的差异；加入二硫叔糖醇的目的是强还原剂，破坏半胱氨酸间的二硫键；

73.电泳过程中，加入溴酚兰的目的是指示蛋白的迁移位置；

74.固体可分为晶体和无定形固体两种状态；

75.因重复被删

76.结晶的前提是溶液达到过饱和状态；结晶的推动力是过饱和度；

77.根据晶体生长扩散学说，晶体的生长包括溶质通过扩散作用穿过靠近晶体表面的一个滞流层，从溶液中转移到晶体的表面、到达晶体表面的溶质长入晶面，使晶体增大，同时放出结晶热和结晶热传递回到溶液中三个过程；

78.影响晶体生长的主要因素有杂质、搅拌和温度；

79.超临界流体萃取过程中溶质与溶剂分离的常用方法有改变温度和压力；

80.常用于描述吸附过程的数学模型有langmuir吸附模型和freundlich吸附模型，其形式分别为

和

；

二.讨论题

1.请结合图示简述凝胶排阻色谱（分子筛）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.

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；

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？

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；

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SDSPAGE的分离原理；

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。

6.简述生物分离过程的特点；

答：

①产品的品种很多；②生物物质分离的难度比一般化工产品大。

7.试比较凝聚和絮凝两过程的异同；

答：

凝聚，从作用机理来看，是指胶体和分散系双电层压缩、ζ电位破坏、电性中和而脱稳并聚集为絮粒的过程。

絮凝，从工艺上看，是指絮粒通过吸附、交联、网捕，聚结为大絮体沉降的过程。

采用凝聚方法得到的凝聚体，颗粒常常是比较细小的，有时还不能有效地分离。

8.简述超临界流体萃取的原理及其特点；

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。

9.何谓反微团，反微团萃取？

其特点有哪些？

答：

反微团是表面活性剂在非极性有机溶剂中形成的一种聚集体。

反微团萃取是将表面活性剂溶于水中，使其浓度超过微团浓度

优点：

①极性“水核”具有较强的溶解能力；

②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；

③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，提高其反应能力。

10.何谓色谱的理论塔板数，如何计算？

答：

理论塔板数反应不同时刻溶质在色谱柱中的分布以及分离度与柱高之间的关系。

N-理论塔板数tR-保留时间W1/2半峰宽Wb-峰底宽

11.简述疏水层析的原理，并说明基本操作步骤；

答：

在载体表面连接上疏水的直链碳链或其他疏水基团，可以与蛋白质的某些疏水基团相互作用，从而实现多组分的分离。

在高盐浓度下，蛋白质表面的疏水区域暴露，固定相表面修饰了一些疏水基团，这样蛋白质的疏水部分即可与固定相发生较强的疏水相互作用，从而被结合在固定相表面，而一旦降低流动相的盐浓度即可实现蛋白质的洗脱。

12.简述等电点沉析的基本原理；

答：

两性电解质在溶液pH处于等电点（pI）时，分子表面净电荷为零，导致赖以稳定的双电层及水化膜的削弱或破坏，分子间引力增加，溶解度降低。

调节溶液的PH值，使两性溶质溶解皮下降，析出沉淀。

13.简述有机溶剂沉析的原理；

答：

向水溶液中加入一定量亲水性的有机溶剂，降低溶质的溶解度，使其沉淀析出的分离纯化方法称为有机溶剂沉析法。

机理主要有两点：

1水性有机溶剂加入溶液后降低了介质的介电常数，使溶质分子间的静电引力增加，聚集形成沉淀。

2水溶性的有机溶剂本身的水合作用降低了自由水的浓度，压缩了亲水溶质分子表面原有水合层的厚度，降低了它的亲水性，导致脱水聚集。

14.简述盐析原理；

答：

①由于盐离子与蛋白质表面具相反电性的离子基团结合，形成离子对，盐离子部分中和了蛋白质的电性，是蛋白质分子之间排斥作用减弱而能相互靠拢，聚集起来；

②由于中性盐的亲水性比蛋白质大，盐离子在水中发生水合而使蛋白质脱去了水合膜，暴露出疏水区域，由于疏水区域的相互作用，使其沉淀。

15.结合SDSPAGE电泳的分离原理说明未知蛋白质分子量的测定方法；

答：

以不同分子量的标准蛋白进行SDS-PAGE电泳得到不同标准蛋白的电泳迁移率，制作标准曲线，然后对未知蛋白在相同条件下进行SDS-PAGE电泳，测定迁移率，从标准曲线得到相应的分子量。

16.请说明在进行SDSPAGE电泳之前，样品的处理方法，并解释其原因；

答：

样品处理方法：

加入SDS和还原剂DTT.

原因：

SDS-PAGE由于加入了SDS和强还原剂，破坏了蛋白质分子的高级结构，并与蛋白质形成带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的差异，而仅将分子量差异作为分离的依据，常用于测定未知蛋白质的亚基分子量。

17.简述载体两性电介质梯度等电聚焦（IEF）的分离原理；

答：

在支持介质中加入载体两性电解质，通以直流电后在两极之间形成稳定、连续和线性的pH梯度，当带电的蛋白质分子进入该体系时，便会产生移动，并聚集于相当其等电点的位置。

18.何谓反渗透膜分离，其特点是什么？

答：

反渗透过程是用一种半透膜把两种不同浓度的溶液隔开，只是纯溶剂通过膜，而低分子量的化合物被截留。

因此，操作压力比超滤大得多。

特点：

操作压力大，适用于小分子物质浓缩，最常用于纯水的制备。

19.结晶的必备条件是什么？

答：

溶液达到过饱和状态

20.细胞破碎时应注意的事项有哪些？

21.离子交换分离单元的基本过程有哪几部分？

答：

①样品准备②离子交换剂和层析剂的制备③上样④目的蛋白的洗脱⑤洗脱液的鉴定和回收⑥离子交换剂的再生和储存

22.简述反相色谱分离原理；

答：

在层析支持物上涂上一层高碳原子的疏水性强的烷烃类，洗脱液用极性强的溶剂，则被分离样品中的极性强的物质不被吸附，最先洗下来，得到较好的分离效果。

23.试比较物理吸附与化学吸附过程；

答：

物理吸附吸附剂与吸附质之间的作用力是分子间作用力，物理吸附无选择性，吸附量可因物系不同而相差很多，可在低温下进行，不需要较高活化能，可以是单分子层也可以是多分子层。

化学吸附在吸附质与吸附剂之间有电子转移，形成化学键，因此化学吸附需要较高的活化能，需要在较高温度下进行，化学吸附放出的热量很大，只能是单分子层吸附，且不易吸附和解吸，平衡慢，化学吸附选择性较强

24.何谓强制膜分离过程？

主要包含哪些单元操作？

答：

包括超滤和反渗透。

25.简述活性炭的吸附规律？

答：

活性炭是非极性吸附剂，因此在水溶液中吸附力最强，在有机溶剂中吸附力较弱。

在一定条件下，活性炭对不同物质的吸附力不同，一般遵循下列规律：

2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力大于脂肪族化合物；

3性炭对分子量大的化合物的吸附力大于分子量小的化合物；

4酵液的pH与活性炭的吸附率有关；

5活性炭吸附溶质的量在达到平衡前一般随温度提高而增加，但在提高温度时应考虑到溶质对热的稳定性。

时间：

2021.03.05

创作：

欧阳理