超濾實驗裝置不包括什麼

① 超濾的基本信息

在超濾過程中，水溶液在壓力推動下，流經膜表面，小於膜孔的溶劑（水）及小分子溶質透水膜，成為凈化液（濾清液），比膜孔大的溶質及溶質集團被截留，隨水流排出，成為濃縮液。超濾過程為動態過濾，分離是在流動狀態下完成的。溶質僅在膜表面有限沉積，超濾速率衰減到一定程度而趨於平衡，且通過清洗可以恢復。
超濾是一種加壓膜分離技術，即在一定的壓力下，使小分子溶質和溶劑穿過一定孔徑的特製的薄膜，而使大分子溶質不能透過，留在膜的一邊，從而使大分子物質得到了部分的純化。超濾是以壓力為推動力的膜分離技術之一。以大分子與小分子分離為目的 。
超濾起源於是1748年，Schmidt用棉花膠膜或璐膜分濾溶液，當施加一定壓力時，溶液（水）透過膜，而蛋白質、膠體等物質則被截留下來，其過濾精度遠遠超過濾紙，於是他提出超濾一語，1896年，Martin制出了第一張人工超濾膜，其20世紀60年代，分子量級概念的提出，是現代超濾的開始，70年代和80年代是高速發展期，90年代以後開始趨於成熟。我國對該項技術研究較晚，70年代尚處於研究期限，80年代末，才進入工業化生產和應用階段。
超濾裝置如同反滲透裝置，有板式、管式（內壓列管式和外壓管束式）、卷式、中

空纖維式等形式。濃差極化乃是膜分離過程的自然現象，如何將此現象減輕到最低程度，是超濾技術的重要課題之一。採取的措施有：①提高膜面水流速度，以減小邊界層厚度，並使被截留的溶質及時由水帶走；②採取物理或化學的洗滌措施。 超濾是一種加壓膜分離技術，即在一定的壓力下，使小分子溶質和溶劑穿過一定孔徑的特製的薄膜，而使大分子溶質不能透過，留在膜的一邊，從而使大分子物質得到了部分的純化。超濾原理也是一種膜分離過程原理，超濾利用一種壓力活性膜，在外界推動力(壓力)作用下截留水中膠體、顆粒和分子量相對較高的物質，而水和小的溶質顆粒透過膜的分離過程。通過膜表面的微孔篩選可截留分子量為3x10000—1x10000的物質。當被處理水藉助於外界壓力的作用以一定的流速通過膜表面時，水分子和分子量小於300—500的溶質透過膜，而大於膜孔的微粒、大分子等由於篩分作用被截留，從而使水得到凈化。也就是說，當水通過超濾膜後，可將水中含有的大部分膠體硅除去，同時可去除大量的有機物等。
超濾原理並不復雜。在超濾過程中，由於被截留的雜質在膜表面上不斷積累，會產生濃差極化現象，當膜面溶質濃度達到某一極限時即生成凝膠層，使膜的透水量急劇下降，這使得超濾的應用受到一定程度的限制。為此，需通過試驗進行研究，以確定最佳的工藝和運行條件，最大限度地減輕濃差極化的影響，使超濾成為一種可靠的反滲透預處理方法。
超濾是一種膜分離技術，(UItrafil-tration 簡稱UF)。能夠將溶液凈化，分離或者濃縮。超濾是介於微濾與納濾之間，且三者之間無明顯的分界線。一般來說，超濾膜的孔徑在0.05 um–1 nm之間，操作壓力為0.1–0.5 Mpa。主要用於截留去除水中的懸浮物、膠體、微粒、細菌和病毒等大分子物質。超濾膜根據膜材料，可分為有機膜和無機膜。按膜的外型，又可分為：平板式、管式、毛細管式、中空纖維和多孔式。目前家用超濾凈水器，多以中空膜為主。
超濾膜的工作以篩分機理為主，以工作壓力和膜的孔徑大小來進行水的凈化處理。以中空纖維為例，以進水方式可分為外壓式：原水從膜絲外進入，凈水從膜絲內製取。反之則為內壓式。內壓式的工作壓力較外壓式要低。超濾膜在飲用水深度處理，工業用超純水和溶液濃縮分離等許多領域中，得到了廣泛應用。 超濾膜元件採用世界著名膜公司產品，確保了客戶得到目前世界上最優質的有機膜元件，從而確保截留性能和膜通量，超濾設備控制系統可根據用戶具體使用要求進行個性化設計，結合先進的控制軟體，現場在線集中監控重要工藝操作參數，避免人工誤操作，多方位確保系統長期穩定運行。
由於每根超濾組件在出廠前加入保護液，使用前要徹底沖洗組件中的保護液，先用低壓(0.1MPa)給水沖洗1小時，然後再用高壓(0.2MPa)給水沖洗1小時，無論低壓還是高壓沖洗時，系統的產水排放閥均應全部打開。在使用產水時，應檢查並確認產品水中不含有任何殺菌劑。
超濾設備系統回收率高，所得產品品質優良，可實現物料的高效分離、純化及高倍數濃縮。系統製作材質採用衛生級管閥，現場清潔衛生，滿足GMP或FDA生產規范要求。系統工藝設計先進，集成化程度高，結構緊湊，佔地面積少，操作與維護簡便，工人勞動強度低。
處理過程無相變，對物料中組成成分無任何不良影響，且分離、純化、濃縮過程中始終處於常溫狀態，特別適用於熱敏性物質的處理，完全避免了高溫對生物活性物質破壞這一弊端，有效保留原物料體系中的生物活性物質及營養成分。
超濾組件要輕拿輕放，並注意保護，由於超濾組件是精密器材，所以在使用安裝時要小心，要輕拿輕放，更不能甩壞。組件若停用，要先用清水沖洗干凈後，加0.5%甲醛水溶液進行消毒滅菌，並密封好。如冬天組件還要進行防凍處理，否則組件可能報廢。
超濾設備系統能耗低，生產周期短，與傳統工藝設備相比，設備運行費用低，能有效降低生產成本，提高企業經濟效益。
超濾技術的優點是操作簡便，成本低廉，不需增加任何化學試劑，尤其是超濾技術的實驗條件溫和，與蒸發、冷凍乾燥相比沒有相的變化，而且不引起溫度、pH的變化，因而可以防止生物大分子的變性、失活和自溶。在生物大分子的制備技術中，超濾主要用於生物大分子的脫鹽、脫水和濃縮等。超濾法也有一定的局限性，它不能直接得到乾粉制劑。對於蛋白質溶液，一般只能得到10～50%的濃度。 過濾膜根據所加的操作壓力和所用膜的平均孔徑的不同，可分為微孔過濾、超濾和反滲透三種。微孔過濾所用的操作壓通常小於2×10^5 Pa，膜的平均孔徑為500埃～14微米，用於分離較大的微粒、細菌和污染物等。超濾所用操作壓為1×10^5 Pa～6×10^5 Pa，膜的平均孔徑為10-100埃，用於分離大分子溶質。反滲透所用的操作壓比超濾更大，常達到20×10^5 Pa～70×10^5 Pa，膜的平均孔徑最小，一般為10埃以下，用於分離小分子溶質，如海水脫鹽，制高純水等。

② 求實驗室純水機保養方法，謝謝

影響實驗室純水機工作的主要就是結垢和細菌、藻類
可以定期使用除垢劑進行除垢

如果使用頻繁或者對水質要求較高
可以適當添加殺菌滅藻劑和阻垢劑

③ 超詳細凈水裝置掃盲攻略，還不快來GET。

說在前面 

    之前碼了一篇關於新房驗房的回答，介紹了關於驗房的8招小技巧，文章里提到了水質測試的問題，所以想引申一篇關於凈水裝置的文章，在這里Leon深扒下普通住宅的凈水裝置有哪些，我們如何去選擇。 

    大家都知道這幾十年裡我們國家經濟飛速發展為生活帶來很多便捷、也讓生活更多姿多彩，但這樣快速的發展也帶來了環境污染。當下水質問題、空氣質量、PM2.5指數、裝修甲醛以及食品安全等問題，一直是熱火不下的敏感詞，也不斷刺激著我們關注健康投資。 

    言歸正傳現在家庭使用的比較多水處理裝置主要有前置過濾、直飲水凈水器（包括純水機和超濾機兩大陣營）以及軟水機，下面詳細說下這三大主力裝置。

 一、前置過濾

1.小白掃盲

    前置過濾屬於市政水源進入家中的第一道坎、屬於總管道水質凈化產品，安裝在水表之後到家裡第一個出水龍頭之前的任何一處外露水管，前置過濾確保城市及小區供水管網中產生的大量沉澱雜質不會對人體造成傷害，並且對水管和安裝在水管上的涉水設備（如洗衣機、洗碗機、軟水機、凈水機和熱水器等）等起到積極的預保護作用。前置過濾器是供水管網二次污染的剋星，使入戶水質恢復到自來水出廠標准，是一種可靠的雜質過濾裝置，前置過濾使用壽命為30-50年，無需更換濾芯。 

    現在用的比較多的就是虹吸反沖洗前置過濾，好處是不要用電，而且相比以前需拆開清洗並且幾年換次濾網的老產品更方便、主要原理是結構上帶有一個排污閥，打開時水流從外側流過過濾網，內側的水流由於負壓也流入外側，從而達到自清洗的作用，這樣不用去停水拆卸清洗，或者更換濾網，還是比較方便的。價格在300-700左右。新房裝修Leon肯定推薦安裝一個。

安裝示意1

安裝示意2

2.功能參數

    前置過濾一般過濾精度在90微米，主要作為市政進水到家裡的第一道粗濾，過濾掉水中的鐵銹、大雜質顆粒、蟲卵和浮游生物等，但是這樣過濾過的水還是不能直接喝的，因為裡面還有更細小的余氯、重金屬以及病菌等。

    安裝後的好處主要是對用水電器有一個預保護作用，防止大顆粒雜質傷害電器，也使得第二道凈水器濾芯通過粗濾以後延長使用壽命。

如圖前置過濾的結構，可以看到還是比較簡單的，一個三通加過濾網、透明外殼以及反沖洗口和閥門。

虹吸式反沖洗原理，首次使用先沖洗一次，畢竟是工業產品，本身也會有工業「痕跡」。

某知名前置過濾器產品參數

二、直飲水

1.小白掃盲

    直飲水這種設備在很早就在國外普及，家家戶戶必備，甚至整個社區直供，但在中國人觀念相對落後，尤其是因為直飲水這種理性消費品，它帶來的益處不像空調這類電器，冷了熱了馬上能感覺到，人在購買這種產品時，往往會思想斗爭，研究它到底有沒有用，那答案是肯定有用的，這里不是安利，而是空氣和水已經是兩大人體健康殺手，的確需要更多的重視。

    可能很多中老年觀念里還不明白幹嘛花這幾千塊，覺得沒必要，小時候喝自來水長大的也沒什麼，顯然這種觀念在物質發達的今天已經不適用了，因為前面說過自來水廠出來的水只是粗濾而已，其實裡面有很多肉眼看不到的對人體有害的雜質，以前自來水用明礬消毒，現在用氯氣、所以自來水裡會有餘氯，還有重金屬、病原菌、泥沙、鐵銹以及有機物等雜質。即使燒開也只能殺滅大部分細菌、余氯、重金屬和部分微生物等不受高溫影響的雜志還是會殘留，所以自來水燒的開水口感比較差，長期飲用也會對健康產生影響。

    那說下凈水器按過濾等級分為微濾、超濾、納濾和RO反滲透（純水機）這四種，主要直觀反映在能過濾的最小物質的濾芯參數(單位:微米)，微濾和納濾就不說了用的不多，想了解的自己度娘下，主要說說純水機和超濾機。

2.純水機

    純水機是一種採用多級濾芯進行水質凈化處理的凈水設備，處理多使用不添加化學物質的過濾、吸附、反滲透等物理方法。根據純水機凈水精度可以分為生活飲用型純水機，也叫家用純水機和可達到實驗室純凈水質要求的實驗室用純水機兩類。那用一句話總結，純水機就是一個可以把自來水過濾成接近理論純水H2O的設備。一般組成是由多級濾芯包括：PP棉（過濾大顆粒雜質）、活性炭（去味、吸收余氯等）、RO反滲透膜（去除抗生素、有機物、細菌等）以及最後道活性炭（改善口感）這4級組成，有的品牌只有三級，也有五級的，卻別就是多了1-2道壓縮活性炭，比普通活性炭吸附能力更強，不過功能結構大致不影響，當然級數多肯定更好，過濾的更干凈，綜合壽命也更長。

   純水機安裝方式分為台上式和台下式，顧名思義一個裝檯面上，一個裝櫥櫃里；結構上分有桶和無桶（內置桶），無桶的流量更大。壓縮比例更高，所以儲水更少，廢水也更少。那純水機和超濾機最大的區別就是3個地方，一個是用電，一個是RO反滲透膜以及有儲水桶。其實原理也比較簡單就是通過水泵將水加壓，使其通過RO反滲透膜濾芯的高精密膜，從而過濾水中極其微小的有害物質。所以一般純水機的過濾級別可以達到0.0001微米。

帶儲水桶純水機圖

台下式無水桶式純水機（內置水桶）

過濾概念

過濾原理流程圖

RO反滲透原理圖。值得一提的是純水機因為運行機制缺點是用電、有儲水桶佔地方、儲水桶用來儲存過濾出來的水，時間長了可能二次污染，而且純水機過濾由於RO反滲透膜的作用原理，過濾1杯水會產生3-4杯污水（就是過濾出來的雜質，當然現在有些產品大流量無水桶式，其實就是內置水桶，可以達到1：1廢水率，但實際效果不得而知。）

一級濾芯及功能示意圖

二級濾芯功能及示意圖

三級濾芯功能及示意圖

四級濾芯及功能示意圖

某牌參數

3.超濾機

概念

    超濾是一種加壓膜分離技術，即在一定的壓力下，使小分子溶質和溶劑穿過一定孔徑的特製的薄膜，而使大分子溶質不能透過，留在膜的一邊，從而使大分子物質得到了部分的純化。一句話總結就是通過自來水自然水壓，用多級濾芯通過物理方式過濾自來水中的雜質，產出保留礦物質以及微量元素的凈水的裝置。

    超濾機一般組成是PP棉粗（過濾大顆粒雜質）、活性炭（去味、吸附余氯等）、PP棉細（吸收小顆粒雜質）、磁化器（殺菌、滅藻等）以及超濾膜（去除重金屬、抗生素、有機物、細菌等），有的品牌也有三級或者四級，當然最主要的PP棉、活性炭和超濾膜這三級是肯定有的。

超濾機圖

水中有害物質

一級示意圖

二級示意圖

五級過濾0.01微米，能保留微量元素和礦物質。

三級超濾機，PP5微米的使用周期參考

三級超濾機，超濾膜使用周期參考

三級超濾機，活性炭使用周期參考

某牌參數

濾芯更換說明

PP棉濾芯更換說明

三、軟水機

概念

​    軟水機主要是通過離子交換樹脂去除水中的鈣、鎂離子，降低水質硬度。另一種技術是區別於化學離子交換法的物理軟水方法，是通過高能聚合球將水中的鈣鎂離子打包成結晶體存在於水中，使其在水中不結垢。主要技術有納米晶技術。軟水與自來水相比，有極明顯的口感和手感。

    ​一句話概括，就是通過化學反應方法，將水中的金屬離子置換或沉澱，去除水中金屬陽離子。功能來說一個是避免金屬離子損傷衣物表面，保護衣物；第二個是美容護膚，軟水洗完之後，避免金屬離子沉積皮膚表面，並可以清潔毛孔，祛除毛孔中的角質,防止皮膚老化。第三，利於健康。軟水與自來水相比,有極明顯的口感和手感,軟水含氧量高,硬度低,可有效防止結石病,減輕心、腎負擔,有益健康。

中央軟水機，內置樹脂罐，美觀高點，缺點體積大。

外置樹脂罐軟水機內部構造

廚下式軟水機

廚下式軟水機內部構造

懸浮式逆流浮床再生技術，省水，省鹽

正反沖洗清洗技術示意圖

某品牌實物圖

內部結構示意圖

小型軟水機拆裝示意圖。

某牌參數

四、總結

1.前置過濾：

作為第一道粗濾，性價比高，使用便捷，耐用性長等優點，基本沒有缺點，肯定是強烈推薦裝的。

2.純水機和超濾機

健康對比：

    最大的爭議在於過濾直徑不同，導致產生的純水和凈水哪個對人體更好，當中支持者分為兩大派，支持純水的認為純水更干凈沒有雜質，更健康，如果需要礦物質可以食物補充；支持凈水的則認為凈水有礦物質更健康，純水長期飲用反而會對人體免疫造成危害。

    事實上這個問題就好像轉基因、進化論以及人類和宇宙起源等問題一樣是存在爭議，始終沒有定論，另外一方面從科學辯證法的角度來說其實我們也沒有辦法證明任何一個東西對人體是無害的，即使水是動物必須的元素，如果大量的飲用也會產生水中毒。我們大多時候也會接觸到外面的飲食和飲料肯定沒辦法保證製作過程全部用純水，或者一點無害物質都沒有，所以只保證家中的飲水是純水也對我們來說幾乎沒有意義。所以我認為從健康角度來說孰優孰劣只能算平手。

構造對比：

超濾機優點：因為沒有儲水桶所以體積更小，不佔地方，由於用自然水壓，所以不產生廢水，自己購買濾芯替換也很方便，缺點：因為是自然水壓，不過濾水中的礦物質，所以水的TDS會高點，燒水時間長了會有水垢。

純水機優點：無桶純水機體積也不大，如果說認為純水更健康，無水垢，那純水算最大優點吧。缺點：用電增加了能耗、儲水桶佔地方，當然不帶儲水桶的例外，過濾時產生廢水，而且儲水桶的水可能因為儲存二次污染，加大濾芯損耗。

所以從使用角度來說如果不考慮凈水、純水哪個更健康，超濾機應該更優一點。

費用對比：

    超濾機如果直接購買濾芯，不要馬甲，自己組裝其實成本很低，一般1000多就能搞定，每天使用成本在1.2-1.8元左右性價比更優秀。

    軟水機的價格區間比較大，從某米的1999，到某些大牌的上萬，性價比來說比超濾低，而且使用還要用到電，也是額外的成本。

所以使用成本對比超濾機更優。

關於品牌：

那肯定有住友會問，品牌如何挑選？在你沒有辦法作理化測試的前提下，濾芯生產商可能是水處理質量最重要的保證。這個生產商不是某M，某米或者XXX這樣的品牌，而是向某M這類商家提供濾芯原始配件的廠家，例如米國的陶氏化學、通用GE和海德能這三巨頭之類的供應商。（至於Leon用的什麼牌子凈水器，有興趣可以關注我，私聊獲取性價比產品。） 

關於進口和國產，高價不一定能買到更好的產品，但是高價買到優質產品的概率總是高得多；排世界前幾位的化學製品公司誆你的可能性相對小，因為互聯網時代信譽的成本真的是有點高。在資源不對稱的前提下，我們更理性的選擇似乎只能是信譽捆綁。

3.軟水機

    其實如果所生活地域水質不是太硬，也就是水中金屬陽離子含量不高的話，還是不建議用，中央軟水機一般體積也比較大，佔地方。

    使用成本，一台設備在大幾千，拋開本身設備損耗不說，軟水機專用鹽在30元左右/10KG一袋，根據水質情況，一個月用鹽大概在2袋，成本60元左右。

   一般水質下，樹脂可以1-3年；在一些更好的水質，可使用3年以上；比較差的水質，樹脂使用1年以內就要更換了，某寶漂萊特一升要10塊多左右，25升一包，也要280元，陶氏的貴點要60元一升，還不包含安裝費用，如果按照50L的量來算，更換一次在500-3000多不等的成本。

舉個例子50L樹脂罐周期產水量10-15噸，再生樹脂所需鹽液量0.16kg/L，三口之家一個月用水量在13-15噸左右，1L樹脂理論產生6噸軟水，50L樹脂相當於2年多用量。

附上計算公式：一般行業內標准為再生升樹脂需要的鹽液量為0.16kg，首先得知道你的原水硬度，要計算能用幾天得知道每天用水量。

樹脂量（L）×0.16=再生每次耗鹽量 

樹脂量（L）÷原水硬度（mmol/L）×0.8（安全系數）=設備周期產水量10公斤

鹽能用幾天=（10KG÷每次再生耗鹽量）×（周期產水量÷每天用水量）

這應該是最近寫的最長的一篇文章了，看到這里的朋友是大寫的真愛，由於知識有限，若有專業紕漏，不吝賜教謝謝！

註：本文為本人原創，部分專有名詞解析以及圖片來源網路，不得轉載或商用。

編輯 │ 德超 Leon

點擊頭像關注

本回答來自好好住用戶Leon設計施工上海，更多裝修攻略，居家經驗，歡迎登陸好好住APP查看

④ 膜分離實驗設備的種類

膜是具有選擇性分離功能的材料.利用膜的選擇性分離實現料液的不同組分的分離、純化、內濃縮的過程稱作膜容分離.它與傳統過濾的不同在於,膜可以在分子范圍內進行分離,並且這過程是一種物理過程,不需發生相的變化和添加助劑.膜的孔徑一般為微米級,依據其孔徑的不同（或稱為截留分子量）,可將膜分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜,根據材料的不同,可分為無機膜和有機膜,無機膜主要還只有微濾級別的膜,主要是陶瓷膜和金屬膜.有機膜是由高分子材料做成的,如醋酸纖維素、芳香族聚醯胺、聚醚碸、聚氟聚合物等等.

⑤ 與化學產品的分離制備相比較，生物大分子的制備有什麼特點

2.1 概述 ? 在自然科學,尤其是生命科學高度發展的今天,蛋白質、酶和核酸等生物大分子的結構與功能的研究是探求生命奧秘的中心課題,而生物大分子結構與功能的研究,必須首先解決生物大分子的制備問題,有能夠達到足夠純度的生物大分子的制備工作為前題,結構與功能的研究就無從談起.然而生物大分子的分離純化與制備是一件十分細致而困難的工作. ? 與化學產品的分離制備相比較,生物大分子的制備有以下主要特點： ? ⑴生物材料的組成極其復雜,常常包含有數百種乃至幾千種化合物. ? ⑵許多生物大分子在生物材料中的含量極微,分離純化的步驟繁多,流程長. ? ⑶許多生物大分子一旦離開了生物體內的環境時就極易失活,因此分離過程中如何防止其失活,就是生物大分子提取制備最困難之處. ? ⑷生物大分子的制備幾乎都是在溶液中進行的,溫度、pH值、離子強度等各種參數對溶液中各種組成的綜合影響,很難准確估計和判斷. ? 生物大分子的制備通常可按以下步驟進行： ? ①確定要制備的生物大分子的目的和要求,是進行科研、開發還是要發現新的物質. ? ②建立相應的可靠的分析測定方法,這是制備生物大分子的關鍵. ? ③通過文獻調研和預備性實驗,掌握生物大分子目的產物的物理化學性質. ? ④生物材料的破碎和預處理. ? ⑤分離純化方案的選擇和探索,這是最困難的過程. ? ⑥生物大分子制備物的均一性（即純度）的鑒定,要求達到一維電泳一條帶,二維電泳一個點,或HPLC和毛細管電泳都是一個峰. ? ⑦產物的濃縮,乾燥和保存. ? ? 分析測定的方法主要有兩類： ? 即生物學和物理、化學的測定方法. ? 生物學的測定法主要有：酶的各種測活方法、蛋白質含量的各種測定法、免疫化學方法、放射性同位素示蹤法等； ? 物理、化學方法主要有：比色法、氣相色譜和液相色譜法、光譜法（紫外／可見、紅外和熒光等分光光度法）、電泳法、以及核磁共振等. ? 實際操作中盡可能多用儀器分析方法,以使分析測定更加快速、簡便. 要了解的生物大分子的物理、化學性質主要有： ? ①在水和各種有機溶劑中的溶解性. ? ②在不同溫度、pH 值和各種緩沖液中生物大分子的穩定性. ? ③固態時對溫度、含水量和凍干時的穩定性. ? ④各種物理性質：如分子的大小、穿膜的能力、帶電的情況、在電場中的行為、離心沉降的表現、在各種凝膠、樹脂等填料中的分配系數. ? ⑤其他化學性質：如對各種蛋白酶、水解酶的穩定性和對各種化學試劑的穩定性. ? ⑥對其他生物分子的特殊親和力. ? 制備生物大分子的分離純化方法多種多樣,主要是利用它們之間特異性的差異,如分子的大小、形狀、酸鹼性、溶解性、溶解度、極性、電荷和與其他分子的親和性等. ? 各種方法的基本原理可以歸納為兩個方面： ? ①利用混合物中幾個組分分配系數的差異,把它們分配到兩個或幾個相中,如鹽析、有機溶劑沉澱、層析和結晶等； ? ②將混合物置於某一物相（大多數是液相）中,通過物理力場的作用,使各組分分配於不同的區域,從而達到分離的目的,如電泳、離心、超濾等. ? 目前純化蛋白質等生物大分子的關鍵技術是電泳、層析和高速與超速離心. ? 2.2 生物大分子制備的前處理 ? 2.2.1 生物材料的選擇 ? 制備生物大分子,首先要選擇適當的生物材料.材料的來源無非是動物、植物和微生物及其代謝產物. ? 選擇的材料應含量高、來源豐富、制備工藝簡單、成本低,盡可能保持新鮮,盡快加工處理. ? 動物組織要先除去結締組織、脂肪等非活性部分,絞碎後在適當的溶劑中提取,如果所要求的成分在細胞內,則要先破碎細胞. ? 植物要先去殼、除脂. ? 微生物材料要及時將菌體與發酵液分開. ? 生物材料如暫不提取,應冰凍保存.動物材料則需深度冷凍保存. ? 2.2.2 細胞的破碎 ? 不同的生物體或同一生物體的不同部位的組織,其細胞破碎的難易不一,使用的方法也不相同,如動物臟器的細胞膜較脆弱,容易破碎,植物和微生物由於具有較堅固的纖維素、半纖維素組成的細胞壁,要採取專門的細胞破碎方法. ? (1)機械法： ? 1) 研磨：將剪碎的動物組織置於研缽或勻漿器中,加入少量石英砂研磨或勻漿. ? 2) 組織搗碎器：這是一種較劇烈的破碎細胞的方法,通常可先用家用食品加工機將組織打碎,然後再用10000r/min～20000r/min的內刀式組織搗碎機(即高速分散器)將組織的細胞打碎. ? (2)物理法： ? 1) 反復凍融法：將待破碎的細胞冷至－15℃到－20℃,然後放於室溫(或40℃)迅速融化,如此反復凍融多次,由於細胞內形成冰粒使剩餘胞液的鹽濃度增高而引起細胞溶脹破碎. ? 2) 超聲波處理法：此法是藉助超聲波的振動力破碎細胞壁和細胞器.破碎微生物細菌和酵母菌時,時間要長一些. ? 3) 壓榨法：這是一種溫和的、徹底破碎細胞的方法.在1000×105Pa～2000×105Pa 的高壓下使細胞懸液通過一個小孔突然釋放至常壓,細胞將徹底破碎. ? 4) 冷熱交替法：從細菌或病毒中提取蛋白質和核酸時可用此法.在90℃左右維持數分鍾,立即放入冰浴中使之冷卻,如此反復多次,絕大部分細胞可以被破碎. ? (3)化學與生物化學方法： ? 1) 自溶法：將新鮮的生物材料存放於一定的pH和適當的溫度下,細胞結構在自身所具有的各種水解酶（如蛋白酶和酯酶等）的作用下發生溶解,使細胞內含物釋放出來. ? 2) 溶脹法：細胞膜為天然的半透膜,在低滲溶液和低濃度的稀鹽溶液中,由於存在滲透壓差,溶劑分子大量進入細胞,將細胞膜脹破釋放出細胞內含物. ? 3) 酶解法：利用各種水解酶,如溶菌酶、纖維素酶、蝸牛酶和酯酶等,於37℃,pH8,處理15分鍾,可以專一性地將細胞壁分解. ? 4) 有機溶劑處理法：利用氯仿、甲苯、丙酮等脂溶性溶劑或SDS（十二烷基硫酸鈉）等表面活性劑處理細胞,可將細胞膜溶解,從而使細胞破裂,此法也可以與研磨法聯合使用. ? ? 2.2.3 生物大分子的提取 ? 「提取」是在分離純化之前將經過預處理或破碎的細胞置於溶劑中,使被分離的生物大分子充分地釋放到溶劑中,並盡可能保持原來的天然狀態不丟失生物活性的過程. ? 影響提取的因素主要有： ? 目的產物在提取的溶劑中溶解度的大小； ? 由固相擴散到液相的難易； ? 溶劑的pH值和提取時間等. ? 通常： ? 極性物質易溶於極性溶劑,非極性物質易溶於非極性溶劑； ? 鹼性物質易溶於酸性溶劑,酸性物質易溶於鹼性溶劑； ? 溫度升高,溶解度加大； ? 遠離等電點的pH值,溶解度增加. ? 提取時所選擇的條件應有利於目的產物溶解度的增加和保持其生物活性. ? ⑴ 水溶液提取： ? 蛋白質和酶的提取一般以水溶液為主.稀鹽溶液和緩沖液對蛋白質的穩定性好,溶解度大,是提取蛋白質和酶最常用的溶劑.用水溶液提取生物大分子應注意的幾個主要影響因素是： ? 1) 鹽濃度（即離子強度）： ? 離子強度對生物大分子的溶解度有極大的影響,有些物質,如DNA-蛋白復合物,在高離子強度下溶解度增加. ? 絕大多數蛋白質和酶,在低離子強度的溶液中都有較大的溶解度,如在純水中加入少量中性鹽,蛋白質的溶解度比在純水時大大增加,稱為「鹽溶」現象.鹽溶現象的產生主要是少量離子的活動,減少了偶極分子之間極性基團的靜電吸引力,增加了溶質和溶劑分子間相互作用力的結果. ? 為了提高提取效率,有時需要降低或提高溶劑的極性.向水溶液中加入蔗糖或甘油可使其極性降低,增加離子強度（如加入KCl、NaCl、NH4Cl或(NH4)2SO4）可以增加溶液的極性. ? ? 2) pH值：蛋白質、酶與核酸的溶解度和穩定性與pH值有關.過酸、過鹼均應盡量避免,一般控制在pH=6～8范圍內,提取溶劑的pH應在蛋白質和酶的穩定范圍內,通常選擇偏離等電點的兩側. ? 3) 溫度：為防止變性和降解,制備具有活性的蛋白質和酶,提取時一般在0℃～5℃的低溫操作. ? 4) 防止蛋白酶或核酸酶的降解作用：加入抑制劑或調節提取液的pH、離子強度或極性等方法使相應的水解酶失去活性,防止它們對欲提純的蛋白質、酶及核酸的降解作用. ? 5) 攪拌與氧化：攪拌能促使被提取物的溶解,一般採用溫和攪拌為宜,速度太快容易產生大量泡沫,增大了與空氣的接觸面,會引起酶等物質的變性失活.因為一般蛋白質都含有相當數量的巰基,有些巰基常常是活性部位的必需基團,若提取液中有氧化劑或與空氣中的氧氣接觸過多都會使巰基氧化為分子內或分子間的二硫鍵,導致酶活性的喪失.在提取液中加入少量巰基乙醇或半胱氨酸以防止巰基氧化. ? ⑵ 有機溶劑提取 ? 一些和脂類結合比較牢固或分子中非極性側鏈較多的蛋白質和酶難溶於水、稀鹽、稀酸、或稀鹼中,常用不同比例的有機溶劑提取. ? 常用的有機溶劑有乙醇、丙酮、異丙醇、正丁酮等,這些溶劑可以與水互溶或部分互溶,同時具有親水性和親脂性. ? 有些蛋白質和酶既溶於稀酸、稀鹼,又能溶於含有一定比例的有機溶劑的水溶液中,在這種情況下,採用稀的有機溶液提取常常可以防止水解酶的破壞,並兼有除去雜質提高純化效果的作用. 例如,胰島素（見講義p36）. ? 2.3 生物大分子的分離純化 ? 由於生物體的組成成分是如此復雜,數千種乃至上萬種生物分子又處於同一體系中,因此不可能有一個適合於各類分子的固定的分離程序,但多數分離工作關鍵部分的基本手段是相同的. ? 為了避免盲目性,節省實驗探索時間,要認真參考和借鑒前人的經驗,少走彎路.常用的分離純化方法和技術有： ? 沉澱法（包括：鹽析、有機溶劑沉澱、選擇性沉澱等）、離心、吸附層析、凝膠過濾層析、離子交換層析、親和層析、快速制備型液相色譜以及等電聚焦制備電泳等.本章以介紹沉澱法為主. ? 2.3.1 沉澱法 ? 沉澱是溶液中的溶質由液相變成固相析出的過程.沉澱法（即溶解度法）操作簡便,成本低廉,不僅用於實驗室中,也用於某些生產目的的制備過程,是分離純化生物大分子,特別是制備蛋白質和酶時最常用的方法.通過沉澱,將目的生物大分子轉入固相沉澱或留在液相,而與雜質得到初步的分離. ? 其基本原理是根據不同物質在溶劑中的溶解度不同而達到分離的目的,不同溶解度的產生是由於溶質分子之間及溶質與溶劑分子之間親和力的差異而引起的,溶解度的大小與溶質和溶劑的化學性質及結構有關,溶劑組分的改變或加入某些沉澱劑以及改變溶液的pH值、離子強度和極性都會使溶質的溶解度產生明顯的改變. ? 在生物大分子制備中最常用的幾種沉澱方法是： ? ⑴中性鹽沉澱（鹽析法）：多用於各種蛋白質和酶的分離純化. ? ⑵有機溶劑沉澱：多用於蛋白質和酶、多糖、核酸以及生物小分子的分離純化. ? ⑶選擇性沉澱（熱變性沉澱和酸鹼變性沉澱）：多用於除去某些不耐熱的和在一定pH值下易變性的雜蛋白. ? ⑷等電點沉澱：用於氨基酸、蛋白質及其他兩性物質的沉澱,但此法單獨應用較少,多與其他方法結合使用. ? ⑸有機聚合物沉澱： 是發展較快的一種新方法, 主要使用PEG聚乙二醇（Polyethyene glycol）作為沉澱劑. ? 2.3.1.1 中性鹽沉澱（鹽析法） ? 在溶液中加入中性鹽使生物大分子沉澱析出的過程稱為「鹽析」.除了蛋白質和酶以外,多肽、多糖和核酸等都可以用鹽析法進行沉澱分離. ? 鹽析法應用最廣的還是在蛋白質領域,已有八十多年的歷史,其突出的優點是： ? ①成本低,不需要特別昂貴的設備. ? ②操作簡單、安全. ? ③對許多生物活性物質具有穩定作用. ? ⑴ 中性鹽沉澱蛋白質的基本原理 ? 蛋白質和酶均易溶於水,因為該分子的－COOH、－NH2和－OH都是親水基團,這些基團與極性水分子相互作用形成水化層,包圍於蛋白質分子周圍形成1nm～100nm顆粒的親水膠體,削弱了蛋白質分子之間的作用力,蛋白質分子表面極性基團越多,水化層越厚,蛋白質分子與溶劑分子之間的親和力越大,因而溶解度也越大.親水膠體在水中的穩定因素有兩個：即電荷和水膜.因為中性鹽的親水性大於蛋白質和酶分子的親水性,所以加入大量中性鹽後,奪走了水分子,破壞了水膜,暴露出疏水區域,同時又中和了電荷,破壞了親水膠體,蛋白質分子即形成沉澱.鹽析示意圖如下頁「圖 4」所示. ? ⑵ 中性鹽的選擇 ? 常用的中性鹽中最重要的是（NH4）2SO4,因為它與其他常用鹽類相比有十分突出的優點： ? 1) 溶解度大：尤其是在低溫時仍有相當高的溶解度,這是其他鹽類所不具備的.由於酶和各種蛋白質通常是在低溫下穩定,因而鹽析操作也要求在低溫下（0～4℃）進行.由下表可以看到, 硫銨在0℃時的溶解度,遠遠高於其它鹽類： ? 表2-1 幾種鹽在不同溫度下的溶解度（克/100毫升水） ? 0℃ 20℃ 80℃ 100 ℃ （NH4)2SO4 70.6 75.4 95.3 103 ? Na2SO4 4.9 18.9 43.3 42.2 ? NaH2PO4 1.6 7.8 93.8 101 ? ? ? ? ? 2) 分離效果好：有的提取液加入適量硫酸銨 鹽析,一步就可以除去75％的雜蛋白,純 度提高了四倍. ? 3) 不易引起變性,有穩定酶與蛋白質結構的 作用.有的酶或蛋白質用2～3mol/L濃度的 （NH4）2SO4保存可達數年之久. ? 4) 價格便宜,廢液不污染環境. ? ⑶ 鹽析的操作方法 ? 最常用的是固體硫酸銨加入法.將其研成細粉,在攪拌下緩慢均勻少量多次地加入,接近計劃飽和度時,加鹽的速度更要慢一些,盡量避免局部硫酸銨濃度過大而造成不應有的蛋白質沉澱.鹽析後要在冰浴中放置一段時間,待沉澱完全後再離心與過濾. ? 在低濃度硫酸銨中鹽析可採用離心分離,高濃度硫酸銨常用過濾方法. ? 各種飽和度下需加固體硫酸銨的量可由附錄中查出. ? ⑷ 鹽析曲線的製作 ? 如果要分離一種新的蛋白質和酶,沒有文獻數據可以借鑒,則應先確定沉澱該物質的硫酸銨飽和度.具體操作方法如下(講義p39)： 蛋白質量(mg)或酶活力 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 硫銨飽 和度％ ? ⑸鹽析的影響因素 ? 1) 蛋白質的濃度：高濃度的蛋白質用稍低的硫酸銨飽和度沉澱,若蛋白質濃度過高,易產生各種蛋白質的共沉澱作用.低濃度的蛋白質,共沉澱作用小,但回收率降低.較適中的蛋白質濃度是2.5％～3.0％,相當於25 mg/mL～30mg/mL. ? 2) pH值對鹽析的影響：在等電點處溶解度小,pH值常選在該蛋白質的等電點附近. ? 3) 溫度的影響：對於蛋白質、酶和多肽等生物大分子,在高離子強度溶液中,溫度升高,它們的溶解度反而減小.在低離子強度溶液或純水中蛋白質的溶解度大多數還是隨濃度升高而增加的.一般情況下,可在室溫下進行.但對於某些對溫度敏感的酶,要求在0℃～4℃下操作,以避免活力喪失. ? ? 2.3.1.2 有機溶劑沉澱法 ? ⑴基本原理 ? 有機溶劑對於許多蛋白質（酶）、核酸、多糖和小分子生化物質都能發生沉澱作用,是較早使用的沉澱方法之一.其原理主要是： ? ①降低水溶液的介電常數,向溶液中加入有機溶劑能降低溶液的介電常數,減小溶劑的極性,從而削弱了溶劑分子與蛋白質分子間的相互作用力,導致蛋白質溶解度降低而沉澱. ? ②由於使用的有機溶劑與水互溶,它們在溶解於水的同時從蛋白質分子周圍的水化層中奪走了水分子,破壞了蛋白質分子的水膜,因而發生沉澱作用. ? ? 有機溶劑沉澱法的優點是： ? ①分辨能力比鹽析法高,即一種蛋白質或其他溶質只在一個比較窄的有機溶劑濃度范圍內沉澱. ? ②沉澱不用脫鹽,過濾比較容易（如有必要,可用透析袋脫有機溶劑）.因而在生化制備中有廣泛的應用. ? 其缺點是對某些具有生物活性的大分子容易引起變性失活,操作需在低溫下進行. ? ⑵有機溶劑的選擇和濃度的計算 ? 用於生化制備的有機溶劑的選擇首先是要能與水互溶.沉澱蛋白質和酶常用的是乙醇、甲醇和丙酮. ? 為了獲得沉澱而不著重於進行分離,可用溶液體積的倍數：如加入一倍、二倍、三倍原溶液體積的有機溶劑,來進行有機溶劑沉澱. ? ⑶有機溶劑沉澱的影響因素 ? 1) 溫度：多數生物大分子如蛋白質、酶和核酸在有機溶劑中對溫度特別敏感,溫度稍高就會引起變性,且有機溶劑與水混合時產生放熱反應,因此必須預冷,操作要在冰鹽浴中進行,加入有機溶劑時必須緩慢且不斷攪拌以免局部過濃. ? 一般規律是溫度越低,得到的蛋白質活性越高. ? 2) 樣品濃度：低濃度樣品回收率低,要使用比例更大的有機溶劑進行沉澱.高濃度樣品,可以節省有機溶劑,減少變性的危險,但雜蛋白的共沉澱作用大. ? 通常使用5mg/mL～20mg/mL的蛋白質初濃度為宜. ? ? 3) pH值：選擇在樣品穩定的pH值范圍內,通常是選在等電點附近,從而提高此沉澱法的分辨能力. ? 4) 離子強度：鹽濃度太大或太小都有不利影響,通常鹽濃度以不超過5％為宜,使用乙醇的量也以不超過原蛋白質水溶液的2倍體積為宜,少量的中性鹽對蛋白質變性有良好的保護作用,但鹽濃度過高會增加蛋白質在水中的溶解度,降低了沉澱效果,通常是在低濃度緩沖液中沉澱蛋白質. ? 沉澱所得的固體樣品,如果不是立即溶解進行下一步的分離,則應盡可能抽干沉澱,減少其中有機溶劑的含量,如若必要可以裝透析袋透析脫有機溶劑,以免影響樣品的生物活性. ? 2.3.1.3 選擇性變性沉澱法 ? 這一方法是利用生物大分子與非目的生物大分子在物理化學性質等方面的差異,選擇一定的條件使雜蛋白等非目的物變性沉澱而得到分離提純. ? ⑴ 熱變性 ? 利用生物大分子對熱的穩定性不同,加熱升高溫度使非目的生物大分子變性沉澱而保留目的物在溶液中. ? ⑵ 表面活性劑和有機溶劑變性 ? 使那些對表面活性劑和有機溶劑敏感性強的雜蛋白變性沉澱.通常在冰浴或冷室中進行. ? ⑶ 選擇性酸鹼變性 ? 利用對pH值的穩定性不同而使雜蛋白變性沉澱.通常是在分離純化流程中附帶進行的分離純化步驟. ? 2.3.1.4 等電點沉澱法 ? 利用具有不同等電點的兩性電解質,在達到電中性時溶解度最低,易發生沉澱,從而實現分離的方法.氨基酸、蛋白質、酶和核酸都是兩性電解質,可以利用此法進行初步的沉澱分離. ? 由於許多蛋白質的等電點十分接近,而且帶有水膜的蛋白質等生物大分子仍有一定的溶解度,不能完全沉澱析出,因此,單獨使用此法解析度較低,因而此法常與鹽析法、有機溶劑沉澱法或其他沉澱劑一起配合使用,以提高沉澱能力和分離效果. ? 此法主要用於在分離純化流程中去除雜蛋白,而不用於沉澱目的物. ? 2.3.1.5 有機聚合物沉澱法 ? 有機聚合物是六十年代發展起來的一類重要的沉澱劑,最早應用於提純免疫球蛋白和沉澱一些細菌和病毒.近年來廣泛用於核酸和酶的純化.其中應用最多的是 「聚乙二醇」【HOCH2(CH2OCH2)nCH2OH (n ＞4)】( Polyethylene Glycol 簡寫為 PEG ),它的親水性強,溶干水和許多有機溶劑,對熱穩定,有廣泛圍的分子量,在生物大分子制備中,用的較多的是分子量為6000～20000的 PEG. ? 本方法的優點是： ? ①操作條件溫和,不易引起生物大分子變性. ? ②沉澱效能高,使用很少量的P「EG即可以沉澱相當多 的生物大分子. ? ③沉澱後有機聚合物容易去除. ? 2.3.2 透析 ? 自Thomas Graham 1861年發明透析方法至今已有一百多年.透析已成為生物化學實驗室最簡便最常用的分離純化技術之一.在生物大分子的制備過程中,除鹽、除少量有機溶劑、除去生物小分子雜質和濃縮樣品等都要用到透析的技術. ? 透析只需要使用專用的半透膜即可完成.保留在透析袋內未透析出的樣品溶液稱為「保留液」,袋（膜）外的溶液稱為「滲出液」或「透析液」.截留分子量MwCO通常為1萬左右. ? 用1％ BaCl2檢查(NH4)2SO4,用1％ AgNO3 檢查NaCl、KCl等. ? 2.3.3 超濾 ? 超過濾即超濾,自20年代問世後,直至60年代以來發展迅速,很快由實驗室規模的分離手段發展成重要的工業單元操作技術.超濾現已成為一種重要的生化實驗技術,廣泛用於含有各種小分子溶質的各種生物大分子（如蛋白質、酶、核酸等）的濃縮、分離和純化. ? 超濾是一種加壓膜分離技術,即在一定的壓力下,使小分子溶質和溶劑穿過一定孔徑的特製的薄膜,而使大分子溶質不能透過,留在膜的一邊,從而使大分子物質得到了部分的純化. ? 超濾根據所加的操作壓力和所用膜的平均孔徑的不同,可分為微孔過濾、超濾和反滲透三種. ? 微孔過濾所用的操作壓通常小於4×104Pa,膜的平均孔徑為500埃～14微米（1微米＝104埃）,用於分離較大的微粒、細菌和污染物等. ? 超濾所用操作壓為4×104Pa～7×105Pa,膜的平均孔徑為10—100埃,用於分離大分子溶質. ? 反滲透所用的操作壓比超濾更大,常達到35×105Pa～140×105Pa,膜的平均孔徑最小,一般為10埃以下,用於分離小分子溶質,如海水脫鹽,制高純水等. ? 超濾技術的優點是操作簡便,成本低廉,不需增加任何化學試劑,尤其是超濾技術的實驗條件溫和,與蒸發、冰凍乾燥相比沒有相的變化,而且不引起溫度、pH的變化,因而可以防止生物大分子的變性、失活和自溶. ? 在生物大分子的制備技術中,超濾主要用於生物大分子的脫鹽、脫水和濃縮等. ? 超濾法也有一定的局限性,它不能直接得到乾粉制劑.對於蛋白質溶液,一般只能得到10～50％的濃度. ? 超濾技術的關鍵是膜. ? 常用的膜是由乙酸纖維或硝酸纖維或此二者的混合物製成.近年來發展了非纖維型的各向異性膜,例如聚碸膜、聚碸醯胺膜和聚丙烯腈膜等.這種膜在pH 1～14都是穩定的,且能在90℃下正常工作.超濾膜通常是比較穩定的,能連續用1～2年. ? 超濾膜的基本性能指標：水通量（cm3/(cm2?h)）；截留率（以百分率％表示）；化學物理穩定性（包括機械強度）等. ? 超濾裝置由若干超濾組件構成.分為板框式、管式、螺旋卷式和中空纖維式四種主要類型. ? 由於超濾法處理的液體多數是含有水溶性生物大分子、有機膠體、多糖及微生物等.這些物質極易粘附和沉積於膜表面上,造成嚴重的濃差極化和堵塞,這是超濾法最關鍵的問題,要克服濃差極化,通常可加大液體流量,加強湍流和加強攪拌. ? 2.3.4 冰凍乾燥 ? 冰凍乾燥機是生化與分子生物學實驗室必備的儀器之一,因為大多數生物大分子分離純化後的最終產品多數是水溶液,要從水溶液中得到固體產品,最好的辦法就是冰凍乾燥