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膜材质的价格高;
操作过程中膜面容易被污染;
膜的耐药性,耐溶性,耐热性能有限。
类型:
渗析;
电渗析;
微滤;
超滤;
反渗透;
纳滤;
气体分离
微滤的分离机理:
筛分机理
4.液膜分离技术
是一种以液膜为分离介质,以浓度差为推动力的分离操作,是属于液—液系统的传质分离过程。
组成:
膜溶剂;
表面活性剂;
流动载体;
膜增强剂。
分类:
乳状液膜;
支撑液膜。
液膜分离步骤:
制备液膜;
液膜萃取;
澄清分离;
破乳。
影响因素:
液膜乳液成分的影响;
乳水比;
连续的PH;
搅拌速度的影响;
料液的浓度和酸度的影响;
操作温度的影响;
接触时间。
应用:
分离氨基酸;
提取抗生素;
提取生物碱;
提取蛋白质;
分离有机酸;
应用酶反应和酶萃取;
液膜包裹。
5.盐析
基本原理:
在高浓度中性盐存在的情况下,蛋白质(或酶)等生物大分子在水溶液中的溶解度降低并沉淀出的现象称为盐析。
影响盐析的因素:
盐饱和度;
蛋白质浓度;
PH值;
温度
盐加入方式:
(1)加硫酸铵的饱和溶液;
(2)直接加固体硫酸铵
6.等电点沉淀法
两性生化物质在溶液PH处于等电点时,分子表面电荷为零,分子间静电排斥作用减弱,因此吸引力增大,能相互聚集起来,发生沉淀。
等电点概念:
蛋白质或两性电解质(如氨基酸)所带净电荷为零时溶液的pH,此时蛋白质或两性电解质在电场中的迁移率为零。
7.结晶概念:
溶质呈晶态从溶液中析出的过程称为结晶。
过程:
过饱和溶液的形成;
晶核的生成;
晶体的生长。
影响结晶因素:
溶液浓度;
样品纯度;
溶剂;
PH;
温度;
时间。
方法:
盐析法;
加饱和盐溶液;
透析法;
有机溶剂(直接加有机溶剂或者利用挥发性溶剂蒸发结晶);
等电点;
其它(温度差,加入金属离子)等。
8.有机沉淀法
原理:
向蛋白质等生物大分子的水溶液中加入一定量亲水性的有机溶剂,能显著降低蛋白质等生物大分子的溶解度,使其沉淀析出。
常用有机溶剂:
乙醇、丙酮、甲醇等。
9.固相析出分离技术主要有:
结晶法、盐析法、有机溶剂沉淀法和等电点沉淀法。
10.离子交换法
是应用离子交换剂作为吸附剂,通过静电引力将溶液中带相反电荷的物质吸附在离子交换剂上,然后用合适的洗脱机将吸附物从离子交换剂上洗脱下来,从而达到分离、浓缩、纯化的目的。
常用离子交换剂:
人工高聚物作载体的离子交换树脂;
多糖作载体的多糖基离子交换剂。
分类;
一.按树脂骨架的主要成分分:
(1)聚苯乙烯型树脂
(2)聚苯烯酸型树脂(3)多乙烯多氨—环氧氯苯烷树脂(4)酚醛树脂
二.按骨架的物理结构来分:
(1)凝胶型树脂
(2)大网格树脂(3)均孔树脂
三.按活性基团分类:
阳离子交换树脂:
(1)强酸性阳离子交换树脂(磺酸基团和次甲酸磺酸基团)
(2)弱酸性阳离子交换树脂(羧基和酚羟基)
阴离子交换树脂:
(1)强碱性阴离子交换树脂(季铵基团)
(2)弱碱性阴离子交换树脂(伯胺基。
仲胺基)
离子交换树脂的理化性能:
交联度;
交换容量;
粒度和形状;
滴定曲线;
稳定性;
膨胀性。
影响离子交换树脂选择因素:
离子化合价;
离子的水化半径;
离子强度;
溶液的PH;
有机溶剂的影响;
树脂的物理结构的影响;
树脂与离子间的辅助力
影响离子交换速度的因素:
树脂粒度;
树脂的交联度;
溶液流速;
离子的大小;
离子的化合价;
离子浓度。
离子交换技术的一般流程:
原料液的预处理——原料液与离子交换树脂的充分接触——淋洗交换树脂——把离子交换树脂上的有用物质解吸并洗脱下来——离子交换树脂的再生。
12.亲和层析
亲和层析是一种吸附层析,抗原(或抗体)和相应的抗体(或抗原)发生特异性结合,而这种结合在一定的条件下又是可逆的。
所以将抗原(或抗体)固相化后,就可以使存在液相中的相应抗体(或抗原)选择性地结合在固相载体上,借以与液相中的其他蛋白质分开,达到分离提纯的目的。
影响吸附剂亲和力的因素:
配基浓度;
空间障碍;
配基与载体的结合位点;
载体孔径。
14.过滤
在推动力或者其他外力作用下悬浮液(或含固体颗粒发热气体)中的液体(或气体)透过介质,固体颗粒及其物质被过滤介质截留,从而使固体及其他物质与液体(或气体)分离的操作。
利用物质的溶解性差异,将液体和不溶于液体的固体分离开来的一种方法
(1)常规过滤
(2)错流过滤
15.助滤剂滤饼作用
助滤剂原理:
通过加入助滤剂改变进入滤池之前的颗粒或滤料表面性质、电性与尺寸。
改变滤料表面性质可提高颗粒向滤料迁移速度与黏附效率;
改变进入滤池悬浮颗粒的表面性质与尺寸可提高颗粒黏附效率。
按照该机理形成的聚合物–颗粒絮体,使颗粒和黏附作用都得到加强。
助滤剂的主要种类有:
⑴聚合无机高分子(如聚合氯化铝、聚合硫酸铝)⑵合成有机高分子(如聚丙烯酰胺、HAC阳离子絮凝剂)⑶天然有机高分子(如骨胶、海藻酸钠)⑷氧化剂(如氯、臭氧、二氧化氯等)。
助滤剂使用方法:
(1)在过滤之前先在过滤介质表面预涂一层助滤剂;
(2)助滤剂按一定比例均匀加入待过滤的料液中。
16.提取:
通过溶剂(如乙醇)处理、蒸馏、脱水、经受压力或离心力作用,或通过其他化学或机械工艺过程从物质中制取(如组成成分或汁液)。
谓经过提炼而取得。
17.精制:
从一种物质中把不需要的成分除去
18.萃取:
利用溶质在互不相容的两相之间分配系数的不同而使溶质得到纯化或浓缩的技术。
萃取选取的原因:
(1)萃取剂分子至少有一个萃取功能基
(2)萃取剂分子中必须有相当长的链烃或芳烃(3)选择性好、萃取容量大、化学和辐射稳定性强、容易与原料液分层、操作安全等。
(1)PH,温度‘盐析
(2)有机溶剂的选择(3)带溶剂(4)乳化和去乳化
19.细胞破碎常用的技术:
(1)高压匀浆法
(2)高速珠磨法(3)超声波法(4)化学法(5)酶解法(6)渗透压冲击法(7)冻结-融化法(8)干燥法
常用的溶酶:
溶菌酶、透明质酸酶、蛋白酶、脂肪酶、核酸酶等。
20.高压匀浆法的原理:
细胞悬浮液在高压作用下从阀座与阀之间的环隙高速喷出后撞击到碰撞环上,细胞在受到高速撞击后,几句释放到低压环境,从而在撞击力和剪切力等综合作用下破碎
压力、循环操作次数和温度
21.化学渗透法破碎细胞的特点:
速度低,效率差,且化学或生化试剂的添加形成新的污染,但化学渗透法选择性高,胞内产物的总释放率低,可有效抑制核酸的释放,料液粘度小,有利于后处理。
22.珠磨法破碎细胞的影响因素:
搅拌速度、料液的循环速度、细胞悬浮液的浓度、珠粒大小和数量、温度等。
23.发酵液预处理降低液体黏度常用的方法:
(1)加热
(2)凝聚和絮凝(3)变性沉淀(4)调节PH
24.凝聚
在电解质的作用下,由于胶粒之间双电介质
凝聚的影响因素:
25.絮凝絮凝的主要影响因素
指在某些高分子絮凝剂存在下,基于架桥作用,使胶粒形成较大的絮凝团的过程。
絮凝剂一般为高分子聚合物,具有长链线状结构,容易溶于水,其相对分子质量高达数万至1000万以上,在长的链节上含有相当多的活性功能团。
絮凝剂的功能团能强烈地吸附在胶粒的表面,由于一个高分子絮凝剂的长链节上含有相当多的活性功能团,所以一个絮凝剂分子可分别吸附在不同颗粒的表面,从而产生架桥链接。
絮凝的影响因素:
主要是1,絮凝剂的相对分子质量、2,絮凝剂的类型、3,溶液的PH、4,搅拌速度和时间、5,絮凝剂的浓度、6,助凝剂。
27.常用的固液分离方法有:
过滤、沉降和离心分离。
28.浸取技术,影响因素
用溶剂浸渍固体混合物以分离可溶组分及残渣的单元操作。
又称固液萃取。
固体物质的颗粒度;
溶剂的用量及浸取次数;
浸取时间;
搅拌;
溶剂的PH
33.克服膜表面浓度差极化现象的方法:
进入膜处理前的预过滤能去除微粒状物质,降低待阻留溶质的浓度;
逆洗;
超声波振动;
设置湍流促进物;
震动和脉冲喂料等。
此外,还有研究通过膜、膜系统或膜表面的旋转而达到控制浓差极化的目的。
34.生化分离技术分离的主要对象:
动植物细胞与微生物发酵液;
酶反应产物、中间产物或废物料,具有生物活性的物质(如酶类)。
35.生物技术产品的特点:
结构复杂;
具有种属特异性;
针对性强,疗效高;
基因稳定性;
免疫原性;
检验的特殊性等。
生物分离与纯化复习题
第一章
1、生物分离纯化技术的概念?
以生物物质原料为基础,对目标产物进行提取、纯化、加工制备的生产技术。
2、生物物质与生物产品的区别?
生物物质:
生物物质是指存在于生物体内的所有生物活性物质的总称。
生物物质的制成品统称为生物产品。
生物产品:
在产业中的生物物质的制成品。
3、生物分离纯化技术的原理和特点?
利用混合物中不同组分间物理、化学和生物学性质的差别来实现组分间的分离或纯化。
技术原理:
选用能够识别这些差别的分离介质或扩大这些差别的分离设备来实现组分间的高效分离。
⑴环境复杂、分离纯化困难含量低、工艺复杂⑵稳定性差、操纵要求严格⑶目标产物最终的质量要求很高⑷终极产品纯度的均一性与化学分离上纯度的概念并不完全相同
4、发酵生物产品分离纯化的生产工艺?
⑴原材料的预处理⑵颗粒性杂质的去除⑶可溶性杂质的去除和目标产物的初步纯化⑷目标产物精制⑸目标产物的成品加工
第二章
6、预处理的目的?
使目标产物最大限度的转移到溶液中。
7、改变发酵液过滤特性的基本方法?
⑴降低液体黏度(常用加水稀释法和加热法)⑵调整pH(改变物质的电离度和电荷性质)⑶加入反应剂(沉淀杂质)⑷加入助滤剂(不可压缩的多孔微粒,使滤饼疏松,增大滤速)⑸凝聚和絮凝
8、对发酵液相对纯化的基本方法?
高价无机离子(Ca2+、Mg2+、Fe2+)
⑴Ca2+草酸钠→草酸钙沉淀(回收草酸)⑵Mg2+三聚磷酸钠→三聚磷酸钠镁络合物⑶Fe2+黄血盐→普鲁士蓝沉淀
杂蛋白
⑴沉淀⑵变性①加热大幅度调解pH②加酒精、丙酮等有机溶剂或表面活性剂⑶吸附法
9、凝聚和絮凝的作用原理?
凝聚原理:
加入电解质,中和胶体粒子的电性,夺取胶体粒子表面的水分子,破坏其表面的水膜,使胶体粒子能聚集起来
絮凝原理:
(絮凝剂是一种能溶于水的高分子聚合物)通过静电引力、范德华引力或氢键的作用,强烈地吸附胶粒,形成较大的絮团
11、离心分离的常用方法及特点?
⑴差速离心法
⑵速率区带离心法最大的梯度密度低于最小密度的沉降样品在最高的沉降物质达到管底前停止,短时间,低速度
⑶等密度离心法最大的梯度密度大于密度最大的沉降样品使各组分沉降到其平衡的密度区,长时间,高速度
11、离心分离的常用设备类型及特点?
⑴根据其离心力大小,可分为低速离心机、高速离心机和超离心机;
⑵按型式可分为管式、碟片式等;
⑶按作用原理不同可分为过滤式离心机和沉降式离心机两大类。
⑷按出渣方式可分为人工间歇出渣和自动出渣等方式。
第三章
15、常用细胞破碎的方法
分类
作用机理
适应性
机械法
珠磨法
固体剪切作用
可达较高破碎率,可较大规模操作,大分子目的产物易失活,浆液分离困难
高压匀浆法
液体剪切作用
可达较高破碎率,可大规模操作,不适合丝状菌和革兰氏阳性菌
超声破碎法
对酵母菌效果较差,破碎过程升温剧烈,不适合大规模操作
X-press法
破碎率高,活性保留率高,对冷冻敏感目的产物不适合
非机械法
酶溶法
酶分解作用
具有高度专一性,条件温和,浆液易分离,溶酶价格高,通用性差
化学渗透法
改变细胞膜的渗透性
具一定选择性,浆液易分离,但释放率较低,通用性差
渗透压法
渗透压剧烈改变
破碎率较低,常与其他方法结合使用
冻结融化法
反复冻结-融化
破碎率较低,不适合对冷冻敏感目的产物
干燥法
改变细胞膜渗透性
条件变化剧烈,易引起大分子物质失活
16、沉析分离的依据是什么?
通过加入某种试剂或改变溶液条件,使目标产物以固体形式从溶液中沉降析出的分离纯化技术。
17、盐析法的原理是什么?
在高浓度中性盐存在的情况下,蛋白质等生物大分子在水溶液中的溶解度降低并沉淀析出的现象称为盐析
18、影响盐析的因素有哪些?
⑴蛋白质浓度的影响⑵离子强度和离子类型的影响⑶pH的影响⑷温度的影响
20、常用的蛋白质沉淀方法有哪些?
⑴盐析法⑵有机溶剂沉淀法⑶等电点沉淀法⑷选择性变性沉淀法⑸有机聚合物沉淀
21、有机溶剂沉淀法的原理和特点?
作用机理:
(1)降低水溶液的介电常数,使溶质溶解度降低;
(2)破坏大分子周围水膜,使溶解度降低。
利用不同蛋白质在不同浓度的有机溶剂中的溶解度不同而使蛋白质分离的方法,称为有机溶剂沉淀法。
经常使用的有机溶剂是乙醇和丙酮。
有机溶剂加入使溶液介电常数减小,溶质之间静电作用增加。
有机溶剂破坏溶质的水化层,使溶质间的作用力增加。
优点:
比盐析法析出的沉淀容易过滤或离心分离,分辨力比盐析法好,溶剂也容易除去。
缺点:
有机溶剂沉淀法易使蛋白质和酶变性,所以操作必须在低温条件下进行。
蛋白质和酶沉淀分离后,应立即用水或缓冲液溶解,以降低有机溶剂浓度,避免变性。
成本较高,有一定的危险性。
22、等电点沉析原理和特点?
利用蛋白质在等电点时溶解度最低以及不同的蛋白质具有不同等电点一这特性,对蛋白质进行分离纯化的方法称为等电点沉淀法。
沉淀机理:
空间位置排斥效应。
试剂溶解度大,在水中占据大部分空间,将需沉淀物相互靠近,增加碰撞机率。
(1)操作条件温和,不易引起变性;
(2)具有极高的沉淀效率;
(3)沉淀后多聚物容易除去。
沉淀分离细菌,病毒蛋白。
两性电解质处于等电点时,分子表面净电荷为0,双电层和水化膜结构被破坏,溶解度降低。
等电点沉淀法只适用在等电点时溶解度很低的两性生化物质
23、有机聚合物沉析原理和特点?
利用生物大分子与某些有机聚合物形成沉淀而析出的分离技术称为有机聚合物沉析。
P52
24、结晶操作的原理是什么?
⑴当溶液处于过饱和状态时,分子间的分散或排斥作用小于分子间的相互吸引作用。
⑵结晶是一个以过饱和度为推动力的质量与能量的传递过程。
25、过饱和溶液形成的方法有哪些?
⑴将热饱和溶液冷却
⑵将部分溶剂蒸发
⑶化学反应结晶
⑷解析法
26、稳定、亚稳定和不稳定区溶液的特征?
稳定区——溶液稳定。
亚稳定区——加入晶核,晶体成长
不稳定区——溶液自发形成结晶
27、结晶操作中3个主要过程的特点?
过饱和溶液的形成
晶核的形成:
晶核是在过饱和溶液中最先析出的微小颗粒。
晶核的大小通常在几个纳米到几十个纳米。
晶体的生长:
溶液主体的溶质传递到晶体表面,溶质进入适当的晶格位置,结晶产生的热量传导到溶液中
第四章
29、色谱分离技术的概念
利用不同组分在固定相和流动相中的物理化学性质的差别,使各组分在两相中以不同的速率移动而进一步分离的技术。
30、色谱分离系统的组成
色谱分离系统包括两个相:
固定相,流动相。
31、色谱分离技术的分类
⑴根据分离时一次进样量的多少分类
分析规模(小于10mg)
半制备规模(10~50mg)
制备规模(0.1~10g)
生产规模(>
10g)
⑵根据流动相的相态不同分类
气相色谱—以气体作流动相
液相色谱—以液体作流动相
超临界流体色谱—流动相是在接近它的临界温度和压力下工作的液体
⑶根据固定相的附着方式分类:
纸色谱—液体固定相涂在纸上
薄层色谱—固定相涂敷在玻璃或金属板上
柱色谱—固定相装在圆柱管中
⑷按分离机理不同分类
吸附色谱法
分配色谱法
离子交换色谱法
凝胶色谱法
亲和色谱法
⑸根据操作压力的不同分类
低压色谱:
操作压力<
0.5MPa
中压色谱:
操作压力0.5~4.0MPa
高压色谱:
操作压力4.0~40MPa
32、色谱法的特点
⑴分离效率高⑵灵敏度高⑶分析速度快⑷应用范围广
缺点:
处理量小;
操作周期长;
不能连续操作。
33、吸附色谱分离技术的要点
吸附法的关键是选择吸附剂和展开剂
34、离子交换树脂的基本结构
⑴三维空间网状骨架⑵骨架上连接官能团⑶官能团携带相反电荷的离子
35、离子交换树脂的分离原理
36、离子交换树脂分离的工艺过程
⑴离子交换树脂的选择
⑵离子交换树脂的预处理
⑶离子交换操作条件的选择
⑷离子交换过程
⑸洗脱过程
⑹树脂的再生
⑺树脂交换操作
37、离子交换树脂的理化性能
1)交联度(4%~14%)
2)交换容量(3~6mmol/g)
3)粒度(粒度越小,交换速率越快)
4)酸碱度
5)稳定性
6)膨胀度和机械强度
第五章
1、过滤技术的概念及过滤的原理
过滤技术是将固体颗粒与液体进行分离的一种技术,是溶解物与不容物的分离。
利用多孔性介质截留固液悬浮液中的固体粒子,进行固液分离的方法称为过滤
(推动力:
重力、压力和离心力)
2、过滤的目的:
获得清净的液体产品,也可能是为了得到固体产品
3、过滤分类:
按料液流动方向:
常规过滤、错流过滤
按操作压力:
常压过滤、减压过滤和加压过滤
按过滤方式:
表面过滤和深层过滤
4、过滤的介质
过滤的介质应由惰性材料制成;
耐酸耐碱耐热适用于各种溶液的过滤;
过滤阻力小,滤速快,反复利用,易清洗;
具有足够的机械强度,廉价易得
5、常用的过滤介质:
滤纸、脱脂棉、织物介质、微孔滤膜等
6、过滤装置
普通漏斗、垂熔玻璃滤器、砂滤棒、板框式压滤机、微孔滤膜过滤器
7、常用的过滤方法
①深层过滤(深层过滤有滤芯和滤膜两种)②筛式过滤(过滤分离取决于滤片基质孔径的大小)③系列膜过滤(使用圆盘夹膜式滤器,依次降低所用膜的孔径)
8、影响过滤的因素
①混合物中悬浮微粒的性质和大小②混合液的黏度③操作条件④助滤剂的使用
9、膜分离技术的概念
是指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、提纯或富集的过程
10、膜的分类
按膜孔径大小:
微滤膜、超滤膜、反渗透膜、纳米过滤膜
按膜的结构:
对称性膜、不对称性膜、复合膜
按材料分:
无机材料膜、高分子合成聚合物膜
11、膜的性能
耐压、耐温、耐酸碱性、化学相容性、生物相容性、低成本
12、膜分离技术的特点
①处理效率高、设备易于放大;
②可在室温或低温操作③化学与机械强度小、减少失活④无相变、节能⑤选择性好、可达到部分纯化目的⑥回收率较高
13、膜组件的定义
由膜、固定膜的支撑体、间隔物以及收纳这些部件的容器构成的一个单元称膜组件或膜装置
14、膜组件的形式
管式、螺旋卷式、毛细管式、中空纤维式、平板式
15、微滤技术的概念及原理
利用辩分原理截留直径为0.05~10微米大小的粒子的膜分离技术
利用微孔滤膜的筛分作用,在静压差推动下,将滤液中尺寸大于0.1~10微米的微生物粒子截留下来,以实现溶液的净化、分离和浓缩的技术。
16、微滤的操作方式
死端微滤和错流微滤
17、微滤膜的特性
①孔径的均一性②空隙率高③滤材薄
18、超滤的定义
凡是能截留相对分子质量在500以上的高分子的膜分离过程称为超滤
19、超滤的原理
膜表面无数微孔截留住了分子直径大于孔径的溶质和颗粒从而达到分离的目的
20、超滤的特点和影响因素
膜材料无毒无害膜有较好的耐酸碱耐溶剂性能低压操作超滤装置无污染成本低、回收率高
影响:
溶质的分子性质、溶质的浓度、温度、压力
21、超滤前的准备:
充分了解超滤膜的性能、正确安装超滤装置、超滤膜清洗消毒处理后的检测、对加工溶液的要求、洗滤、超滤操作参数的优化、超滤膜的清洗储存(作为了解)
22、超滤设备
搅拌式超滤、无搅拌式超滤、中空纤维超滤
23、透析技术
透析是一种扩散控制的,一浓度梯度为驱动力的分离方法。
24、反渗透技术
一种只能透过溶剂而不能透过溶质的膜一般称为理想的半透膜
分离技术类型
反渗透
超滤
微孔过滤
膜的形式
表面致密的非对称膜、复合膜等
非对称膜,表面有微孔
微孔膜
膜材料
纤维素、聚酰胺等
聚丙烯腈、聚砜等
纤维素、PVC等
操作压力/MPa
2~100
0.1~0.5
0.01~0.2
分离的物质
分子量小于500的小分子物质
分子量大于500的大分子和细小胶体微粒
0.1~10μm的粒子
分离机理
非简单筛分,膜的物化性能对分离起主要作用
筛分,膜的物化性能对分离起一定作用
筛分,膜的物理结构对分离起决定作用
水的渗透通量/(m3.m-2.d-1)
0.1~2.5
0.5~5
20~200
第六章
1、萃取的概念
根据混合物中不同组分在溶剂中的溶解度不同,将所需的组分分离出来,这个操作过程称为萃取
2、萃取的分类
根据参与溶质分配的两相不同分类
①液液萃取②液固萃取
组分数目不同分类
①多组元体系②三元体系
有无化学反应分类
①物理萃取②化学萃取
萃取剂的种类和形式分类
①双水相萃取②溶剂萃取③反胶团萃取④凝胶萃取⑤超临界萃取
3、萃取的特点
萃取过程具有选择性
能与其他需要的纯化步骤相配合
分离效率高,生产能力大
传质速速快,生产周期短
4、萃取的原理
萃取是一种扩散分离操作,不同溶质在两相中分配平衡的差异实现萃取分离
5、工艺流程
①混合②分离③回收
6、影响溶剂萃取的主要因素
PH、温度、盐析作用、溶剂性质
7、双水相的定义
两种不相容的亲水性高分子聚合物在水溶液中形成的两相
双水体系形成的原因:
由于较强的斥力或空间位阻,相互之间无法
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