《生物分离工程》题库+答案.docx

生物分离工程题库 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 =+ K c 8 式为 q c q0 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 C 异丙醇 ； 辛烷基 和 十八烷基 C 18 ；常用的流动相有 乙腈 和 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 s 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=-K I；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 SO H 3 -COOH 、 - PO(OH) ； 2 性 ；其典型的活性基团分别有RN+CHOH- 3 3 ()、 2 -； 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 - NH 、兼有以上两种基团； 35.DEAE Sepharose 是 阴 离 子 交 换 树 脂 , 其 活 性 基 团 是 ； -O-C H - NH- (C H ) 2525 2 36.CM Sepharose是 阳 离子交换树脂,其活性基团是O CH COOH 2 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G 由 表面过剩吉布斯自由 S V 能G 和 体积过剩吉布斯自由能G 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 C 8 和 C 18 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.SDSPAGE 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 =+ K c 吸附模型 ,其形式分别为 二. 讨论题 q c q0 和q= Kcn ； 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 SDS PAGE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：产品的品种很多；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、 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：极性“水核”具有较强的溶解能力； 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； 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; t t N = N-理论塔板数 t 5.54() W 2 R W R b 1/2 N =R 16()2 b 宽 -保留时间 W 1/2 半峰宽 W -峰底 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： 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; 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：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； 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 SDS PAGE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 SDS PAGE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：样品准备离子交换剂和层析剂的制备上样目的蛋白的洗脱洗脱液 的鉴定和回收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： 极性基团多的化合物的吸附力大于极性基团少的化合物； 对芳香族化合物的吸附力大于脂肪族化合物； 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 ； 酵液的 pH与活性炭的吸附率有关； 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;