生物分离工程第四章综合测试汇编.docx

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生物分离工程第四章综合测试汇编

生物分离工程第四章综合测试

第四章萃取

一、名词解释

萃取：

是利用液体或超临界流体为溶剂提取原料中目标产物的分离纯化操作。

反萃取：

通过调节水相条件，将目标产物从有机相转入水相的萃取操作成为反萃取。

分配系数：

在恒温恒压条件下，溶质在互不相容的两相中达到分配平衡时，其在两相中的浓度之比为一常数，该常数称为分配系数。

即K=溶质在萃取相中的浓度/溶质在萃余相中的浓度=C2/C1。

分离因子：

萃取剂对溶质A和B的选择或分离能力可以用分离因子表示。

即α=（C2A/CIA）/（C2B/C1B）=KA/KB

（C:

浓度；下标1,2分别表示萃余相和萃取相；A、B：

溶质；α越大，A和B越容易分离，分离效果越好）

超临界流体：

物质均具有其固有的临界温度和临界压强，在P-T相图上称为临界点，在临界点以上物质处于即非液体也非气体的超临界状态，这时的物质称为超临界流体。

化学萃取：

化学萃取是指利用脂溶性萃取剂与溶质之间的化学反应生成脂溶性复合因子实现水溶性溶质向有机相的分配，主要用于一些氨基酸和极性较大的抗生素的萃取。

双水相体系：

某些亲水性高分子聚合物的水溶液超过一定浓度后可形成两相，并且在两相水分均占有很大比例，即形成双水相系统。

萃取因子：

即萃取平衡后萃取相和萃余相中质量之比。

用E表示。

盐效应：

由于同一双水相系统中添加不同的盐产生的相间电位不同，故分配系数与静电荷数的关系因无机盐而异，这称为盐效应。

二、选择

1.萃取利用的是物质在两相之间的___B___不同来实现分离或纯化。

2.A.溶解度比B.分配系数C.分离系数D.稳定常数

3.下列搭配中不适合双水相萃取的是____C__。

4.A.聚乙二醇/磷酸盐B.葡聚糖/甲基纤维素

5.C.聚乙二醇/丙三醇D.聚乙二醇/葡聚糖

6.荷电溶质分配系数的对数与溶质的净电荷数成___A___关系，称为______。

7.A.正比/盐效应B.指数/塞曼效应

8.C.非线性/道南效应D.反比/法拉第效应

9.对于超临界流体萃取，溶解萃取物时通常__C____；分离萃取物时通常______。

10.A.降压降温/加压加温B.降压加温/加压降温

11.C.加压降温/降压加温D.加压降温/降压加温

5.对于液液萃取时的两相，下列名词中搭配正确的是_ABD_____。

A.上相/下相B.萃取相/萃余相

C.萃取相/料液相D.溶剂相/物料相

6.下列说明中正确的是__BC__。

A.pH值越小有利于弱碱的萃取B.pH值越大有利于弱碱的萃取

C.pH值越小有利于弱酸的萃取D.pH值越大有利于弱酸的萃取

7.下列属于多级逆流萃取的特点的是____AD__。

A.萃取液消耗量较小B.萃取时耗能很大

C.萃取产物浓度较低D.萃取比较完全

8.溶剂萃取时,在水相加入下列哪个物质能使CH3COOH易于萃取（A）

A.HCLB.H2O3.CH3CH2OH4.NH3.H2O

9.PH=3.8的澄清发酵液中含有两种化学修饰的头孢菌素（cephalosporin）A和B,活性分别为1和2（任意单位）.用醋酸戊酯萃取,分配系数分别为mA=31,mB=11.利用多级逆流多级萃取,H=9.6L/h,L=0.51L/h,回收90%的头孢菌素A,计算所需级数及萃取相浓度.（）

A.2,yn,A=8.47yn,B=19.8B.2,yn,A=16.9yn,B=8.65

C.3,yn,A=8.47yn,B=8.65D.3,yn,A=16.9yn,B=19.8

10.在PEG/Dx系统中,若降低葡聚糖的相对分子质量且成相系统的总浓度越高,则分配系数和系线（B）

A.减小越短B.增加越长C.减小越长D.增加越短

11.通过测定不同盐类存在下分配系数与PH值之间的关系曲线的交点,可测定蛋白质,细胞器以及微粒的（D）

A.△φB.MC.HFD.PI

12.超临界萃取,临界点附近的超临界状态下等温线的斜度,随压力升高超临界流体密度（C）

A.平缓增大B.平缓减小C.陡峭增大D.陡峭减小

13.当分离因子增大的时候，溶质A和溶质B的分离效果（A）

A.越好B.越差C.不影响

14.工业萃取的主要步骤有（ABC）<多选>

A.混合B.分离C.溶剂回收D.清洗

15.无机盐对物质分配平衡的影响（B）

A、蛋白质表面电荷数B、蛋白质疏水性

C、室温条件D、相对分子量

16.以下哪种方法可通过改变操作压力实现溶质的萃取和回收，同时温度保持不变的（A）

A、超临界流体萃取B、等温法C、吸收法D、萃取法

17.能行成双水相的体系为：

（A）

A．两水相互不相容

B．两水相符合凝聚

C．两水相完全互溶

D．两水相相互反应

18.无机盐离子对物质分配平衡的影响不包括：

（B）

A．对相间电位的影响

B．对沉淀系数的影响

C．对蛋白质疏水性的影响

D．对双水相系统组成的影响

19.萃取分配定律成立的条件为C。

A.恒温恒压

B.恒温恒压，溶质在两相中相对分子质量相等

C.恒温恒压，溶质在两相中相对分子质量相等，且低浓度范围

D.恒温恒压，低浓度范围

20.分配系数在C情况下是常数。

A.溶质在两相中的分子形态相同

B.达到相平衡时

C.低浓度范围

D.较高浓度时

21.在多级错流萃取中，若萃取平衡符合线性关系，并且各级萃取流量之和为一常数，各级萃取流量均相等时萃取分率A。

A.大B.相等C.小D.不确定

22.在pH为等电点的双水相中蛋白质的分配系数的对数值与双水相的疏水因子HF呈线性关系，则直线的斜率定义为A。

A.双水相的疏水性因子

B.蛋白质的分配系数

C.蛋白质的静电荷数

D.蛋白质的表面疏水性

23.在pH为等电点的双水相中，蛋白质主要根据C产生各自分配。

A.荷电荷的大小B.分子量差异C.疏水性差异D.荷电荷性质

24.在pH=pI的双水相中，若双水相疏水因子HF=0，则蛋白质在两相中的分配系数为C。

A.无穷大B.零C.1D.0

25.有机溶剂萃取通常操作是在AC下进行有利于目标产物的回收与纯化，

A.较低温度B.较高温度C.室温D.任何温度

26.液固萃取是利用液体提取固体的有用成分的C分离操作。

A.溶解B.吸附C.扩散D.渗透

27.溶质在液—液两相中达到萃取平衡时，萃取速率为（B）。

A.常数B.零C.最大值D.最小值

28.溶质在两相达到分配平衡时，溶质在两相中的浓度（C）。

A.相等B.轻相大于重相中的浓度

C.不再改变D.轻相小于重相中的浓度

29.红霉素是碱性电解质，采用有机溶剂萃取，水相从pH9.8降至pH5.5时，分配系数会

（B）。

A.不改变B.降低C.先升后降D.增加

30.青霉素是较强的有机酸，采用有机溶剂萃取时，水相中pH从3升至6时，分配系数会

（A）。

A.明显降低B.变化不大C.明显增加D.恒定不变

31.非电解质溶质在双水相中的分配系数随相对分子质量的增大而（A）。

A.减小B.增大C.趋近无穷D.变化不大

32.疏水因子HF一般随聚合物的相对分子质量、浓度和盐析浓度的增大而（B）。

A.减少B.增大C.恒定D.趋近于零

33.在PEG/DX双水相中，若添加的无机盐使相间电位差

，要使蛋白质分配于富含PEG的上相中，应调节pH（B）。

A.等于蛋白质的等电点B.大于等电点C.小于等电点D.等于7

34.在有机溶剂萃取中，无机盐的存在（B）溶质向有机相中分配。

A.不影响B.有利于C.不利于D.以上答案都不对

35.双水相的疏水因子HF值越大，则溶质的分配系数越（A）。

A.大B.小C.趋近于1D.趋近于零

36.超临界流体在其临界温度和压力附近的微小变化，都会引起其（C）发生很大的变化。

A.粘度B.体积C.密度D.质量

37.超临界流体萃取的萃取速度（C）液—液萃取。

A.低于B.等于C.大于D.近似等于

38.以下关于有机溶剂或稀释剂的选择标准中不正确的是ABC

A．与目标产物极性相似的有机溶剂做萃取剂

B．与水相互不相溶

C．毒性低、腐蚀性小、闪点高的溶剂

D．与水相有较大密度差，表面张力适中

39.在某有机酸的萃取中，轻相溶质的浓度x与重相溶质浓度y符合Henry定律y=0.3x，上下相的体积比为1.5:

1，则该萃取分率为B。

A．69.97%B.31.03%C.57%D.43%

三、填空

1.以液体为萃取剂时，如果含有目标产物的原料也为液体，则称此操作为液液萃取；如果含有目标产物的原料为固体，则称此操作为液固萃取。

2.在液液萃取中，根据萃取剂的种类和形式的不同又分为有机溶剂萃取，双水相萃取，液膜萃取和反胶团萃取等。

3.物理萃取时，弱酸性电解质的分配系数随PH值降低而增大，而弱碱性电解质则减小。

4.萃取操作一般在常温或较低温下进行。

5.无机盐的存在可减小溶质在水相中的溶解度，有利于溶质向有机相中分配。

6.单级混合-澄清式萃取，萃取分数（回收率）为E/（1+E）；多级错流接触萃取，萃取分数为（1+E）n-1/（1+E）n；多级逆流萃取，萃取分数为En+1-E/En+1-1。

7.可形成双水相的双聚合物体系很多，如聚乙二醇/葡聚糖体系，PEG/磷酸盐体系，。

8.生物大分子的分配系数取决于溶质与双水相系统间的各种相互作用，其中主要的有静电作用、疏水作用和生物亲和作用等。

9.若降低聚合物的相对分子质量，则蛋白质易分配于富含该聚合物的相中。

10.水或有机剂以微小液滴形式分散于有机相或水相中的现象称为乳化_

11.分配系数可用下式计算的条件为稀溶液；溶质对溶剂之间的互溶度没有影响；溶质之间不发生缔合和解离

12.化学萃取是利用脂溶性萃取剂与溶质之间的发生_化学反应_生成脂溶性的复合分子的过程。

13.在有机溶剂萃取中，分离因子a=KA/KB,其越大___，A组分和B组分越容易分离，当a=1时，A与B几乎不能分离。

14.二氧化碳由于其临界温度仅有_31.3_度，其接近常温又无毒稳定价格低廉，故常常用作超临界流体。

其临界压力为__73.8_Mpa。

15.超临界流体萃取的过程是由_萃取___过程和_分离_过程组合而成的。

16.双水相萃取的规模放大非常容易，是因为其能耗_低__，时间短，容易实现_连续_性操作。

17.请写出分配定律的公式：

__K=C2/C1_______，其应用条件是_稀溶液_____，_溶质对溶剂之间的互溶度没有影响__，__溶质之间不发生缔合和解离___

18.弱电介质在两相中分离平衡应考虑两方面的因素：

_弱电解质在水相中达到解离平衡___，__未解离的游离电解质在两相中达到分配平衡__

19.化学萃取平衡主要应用于：

___氨基酸__，_____抗生素__

20.化学萃取氨基酸常用的溶剂有___己烷____，___异辛烷____

21.常用抗生素萃取剂长链脂肪酸、四丁胺。

22.常用的破乳化方法（请写出三个）：

___加热____，__稀释____，_____吸附__

23.双水相萃取的分配平衡常数受成相聚合物、无机盐离子、PH值

温度影响。

24.物质在超临界流体中的溶解度C与超临界流体密度之间的关系__LnC=__mLnρ+b_________。

（写公式即可）

25.关于超临界流体的密度与温度、压力的关系：

在压力一定的情况下（如1

（填增大，减小，保持不变）

26.根据萃取过程中超临界流体的状态变化和溶质的分离回收方式不同，超临界流体萃取操作主要分为__等温降压法___、__等压升温法_、__吸附法_

27.弱酸性电解质的分配系数随pH减小而增大，弱碱性电解质随pH增大而减小。

28.发酵液中夹带有机溶剂微滴形成水包油型乳浊液；有机相中夹带发酵液形成油包水型乳浊液。

29.双水相相图中，系线越长，两相间的性质差别越大。

30.溶质在两相中的分配平衡时，状态函数与萃取操作形式有关。

31.Henry型平衡关系，y=mx在较低浓度范围内适用。

32.Langmuir型平衡方程，

在较高浓度范围适用。

33.PEG/DX双水相中，若降低PEG的相对分子质量，则蛋白质的分配系数增大，若降低DX的相对分子质量，则分配系数减小。

34.双水相中无机盐的添加对溶质分配系数的影响主要反映在对相间电位和蛋白质疏水性的影响。

35.利用溶质在互不相溶的两相之间分配系数不同而使溶质分离的方法称为萃取。

四、判断

1.萃取是利用液体或超临界流体为溶剂提取原料中目标产物的分离纯化操作。

（√）

2.一般蛋白质表面均存在疏水区，疏水区占总表面积的比例越大，疏水性越强。

（√）

3.双水相萃取过程包括：

双水相的形成，溶质在双水相中的分配和双水相的分离。

（√）

4.聚合物与无机物的混合液可形成双水相。

（√）

5.常用的氨基酸萃取剂有季铵盐类。

（√）

6.氨基酸等两性电解质不能采用化学萃取法，而是应该采用物理萃取法。

（×）

7.分配系数：

K=溶质在萃取相中的浓度/溶质在萃余相中的浓度=C2/C1;上式的应用条件为：

（1）稀溶液：

（2）溶质对溶剂之间的互溶度没有影响（×）

8.萃取剂对溶质A和溶质B的选择性或分离能力可以用分离因子α表征：

α=ＫＡ／ＫＢ,α越大，Ａ、Ｂ越难分离。

（×　）

9．工业萃取操作一般包括三个步骤：

①混合；②分离；③溶剂回收（　√）

10．在双水相系统相图中，图中的曲线称为双节线。

双节线以下的区域为均相区，以上的区域为两相区，连结双节线上的两点的直线称为系线，在系线各点处的总浓度不同，但均分成组成不同而体积相同的两相。

（×　）

11．在实施萃取操作前，对发酵液进行过滤或絮凝沉淀处理，可除去大部分蛋白质及固体微粒，防止乳化现象的发生。

（　√）

12.大规模双水相处理耗能高，达到平衡时间短。

（×）

13.当闪点越高的时候引发火灾的危险性越大。

（×）

14.物理萃取时，弱酸性电解质的分配系数随pH值降低而增大，弱碱性电解质也如此。

（×）

15.用氯仿为萃取剂的时候，有机溶剂在上相中。

（√）

16.压强增大，超临界流体的密度增大，不利于其溶解。

（×）

17.超临界流体的密度接近液体，因此具有与液体相近的溶解能力。

（√）

18.由于超临界流体粘度小，自扩散系数大，所以可以迅速渗透到物体的内部溶解目标物质，快速达到萃取平衡。

（√）

19.使用双水相萃取时，萃取达相平衡的时间极短通常为几秒钟。

（√）

20.若降低聚合物的相对分子量，则蛋白质不易分配于富含该聚合物的相中。

（×）

21.萃取因子是表示萃取相中溶质的量与萃余相中溶质的量之比。

（√）

22.萃取分率是表示萃取相与原料液中溶质的量之比。

（√）

23.荷电溶质在双水相中分配系数的对数与溶质的净电荷数成反比。

（×）

24.双水相中荷电溶质的分配系数不仅与溶质的净电荷数有关，还与添加的无机盐的种类有关。

（√）

25.由于温度影响相水系统的相图，因而影响蛋白质的分配系数，因此温度对双水相系统中蛋白质的影响很大。

（×）

26.超临界流体萃取的萃取速度小于液—液萃取。

（×）

27.双水相中无机盐的添加对溶质分配系数的影响主要反映在对相间电位差和表面疏水性的影响。

（√）

28.超临界流体在其临界温度和压力附近的微小变化，都会引起质量发生很大的变化。

（√）

29.萃余分率是表示萃余相与原料液中溶质的量之比。

（√）

30.反萃取是将目标产物从有机相转移至水相的过程。

（√）

31.以超临界流体为萃取剂时，含有目标成分的原料只能是液体。

（×）

32.水相PH值对弱电解质分配系数有显著影响。

（√）

33.为防止乳化现象，可除去大部分蛋白质及固体微粒。

（√）

五、简答

1.简述分配定律？

在恒温恒压条件下，溶质在互不相容的两相中达到分配平衡时，其在两相中的浓度之比为一常数，该常数称为分配系数。

即K=溶质在萃取相中的浓度/溶质在萃余相中的浓度=C2/C1。

上式应用条件：

（1）稀溶液；

（2）溶质对溶剂之间的互溶度没有影响；（3）溶质之间不发生缔合或解离。

2.掌握双水相系统相图，理解双节线、系线、系统的总浓度、上、下相组成、杠杆规则等概念。

试说出两种常用的双水相萃取体系,为什么说双水相萃取适合胞内酶和蛋白的萃取？

相图中的曲线称为双结点线，双结点线以下的区域为均相区，以上的区域为两相区

连接双结点线上的直线为系线，在系线上各点处系统总浓度不同，但均分组成相同而体积不同的两相

杠杆规则：

均分组成相同而体积不同的两相，两相体系近似服从杠杆规则，即

其中，VT，VB分别为上相和下相体积，BM，MT分别为B点和M点与T点之间的距离

系线长度是衡量两相间相对差别的尺度，系线越长，两相间的性质差别越大，反之则越小，当系线长度趋向于零时，两相差别消失，任何溶质在两相中的分配系数均为1，该点称为临界点

系统总浓度：

初始浓度

上下相组成：

双水相平衡后，上相中的浓度与下相中的浓度

常用双水相萃取系统：

有高聚物/高聚物体系，如聚乙二醇（PEG）/葡聚糖（Dx）体系，高聚物/无机盐体系，如PEG/磷酸盐体系（KPi）

双水相萃取法可选择性地使细胞碎片分配与双水相系统的下相，而且目标产物分配于上相，同时实现目标产物的部分纯化和细胞碎片的除去，从而节省利用离心或膜分离除去细胞碎片的过程，因此说双水相萃取适合胞内酶和蛋白的萃取。

3.试列出1－2种双水相萃取中回收目标蛋白和PEG溶液的方法。

1、蛋白质在富含PEG的上相中，上相加盐，形成新的双水相体系，适当条件下，蛋白质被重萃进入盐相，PEG回收，盐相少量PEG超滤或透析除去

2、膜分离选择性孔径大小的半透膜，截留蛋白质，同时除去PEG进行回收

3、使用离子交换和吸附通过蛋白质与基质的选择性相互作用进行的

4.CO2的临界温度和压力是多少？

采用CO2作为超临界流体萃取的优点。

CO2的临界温度为31.3℃，临界压力为73.8×105Pa

CO2的临界点较低，特别是临界温度接近常温，并且无毒，化学稳定性高，价格低廉，是最常用的超临界流体萃取剂

5.在P-T图上指出超临界流体存在的区域。

6.弱电解质在溶剂萃取两相中的分配平衡有何特点，pH值如何影响弱酸、弱碱的萃取？

弱电解质在水相中发生不完全解离，仅仅是游离酸或游离碱在两相产生分配平衡，而酸根或碱基不能进入有机相，所以萃取达到平衡状态时，一方面弱电解质在水相中达到解离平衡，另一方面，未解离的游离电解质在两相中达到分配平衡。

对酸来说，越酸萃取效果越好，对碱来说越碱效果越好

7.影响双水相体系平衡的因素有哪些，如何影响？

1、成相聚合物及其浓度

若降低聚合物的相对分子量，则蛋白质易于分配于富含该聚合物的相中，适用于任何成相聚合物和生物大分子溶液

成相体系总浓度上升，系线远离临界点，系线长度增加，两相性质差别增大，蛋白越容易分配于其中某一相中

2、盐的种类和浓度

对相间电位的影响：

在体系中加入适当盐类，会大大促进带相反电荷的两种蛋白质的分离

对蛋白质疏水性的影响：

无机盐的种类和浓度影响蛋白质表面疏水性增量，从而影响蛋白质的分配系数

对双水相系统组成的影响：

改变成相物质的组成和体积比，这种相组成即相性质的改变直接影响蛋白质的分配系数

3、pH的影响

由于pH值影响蛋白质的解离度，调节pH值可改变蛋白质的表面电荷数，因而改变分配系数。

因此。

pH值与蛋白质的分配系数存在一定的关系

4、温度的影响

温度影响双水相系统的相图，因而影响蛋白质的分配系数，但一般来说，当双水相系统离临界点足够远时，温度的影响很小，1-2℃的温度改变不影响目标产物的萃取分离

六、论述

1.双水相萃取与有机溶剂萃取有何不同？

？

（从溶剂体系、适用对象、萃取过程及所需设备等方面分析）

双水相萃取

有机溶剂萃取

萃取系统

高聚物/高聚物体系或高聚物/无机盐体系

有机溶剂相/水相体系

适用对象

适合胞内酶和蛋白质的提起

常用于有机酸、氨基酸和抗生素等弱酸或弱碱性电解质的萃取

萃取过程

双水相的形成→溶质在双水相中的分配→双水相的分离，实际操作中讲固体（或浓缩的）聚合物和盐直接加入到细胞匀浆液中，同时进行机械搅拌使成相物质溶解，形成双水相，溶质在两相中发生物质传递达到分配平衡

工业萃取一般包括三个步骤：

1、混合料液与萃取剂充分混合，形成乳浊液，产物自料液转入萃取剂中

2、分离将乳浊液分离成萃取相和萃余相

3、溶剂回收从萃取相中分离出有机溶剂并加以回收

所需设备

搅拌混合器、离心机

混合澄清器、蒸馏塔

2.试从超临界流体的特点（SCF），说明超临界萃取的原理及其特点。

物质均有其固定的临界温度和临界压力，在P-T相同上称为临界点，在临界点以上物质处于既非液体也非气体的超临界状态，称为SCF，SCF特征如下：

（1）、SCF的密度接近液体，因此具有与液体相近的溶解能力

（2）、由于SCF粘度小（比液体小10-100倍），自扩散系数大（比液体高10-100倍），所以可以迅速渗透到物体的内部溶解目标物质，快速达到萃取平衡

（3）、在临界点附近流体的物理化学性质随温度和压力的变化及其敏感，在不改变化学组成的条件下，即可通过温度和压力调节流体的性质

这是SCF作为萃取剂优于液体的主要优点，这一特点在提取固体内有用成分时尤为重要

超临界萃取的原理：

利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，而其密度又可通过压强和温度进行调节，因此超临界流体萃取是利用压强和温度对超临界流体的密度的影响，进而影响其溶解能力的。

超临界流体萃取的优点

1、SCF萃取同时具有液相萃取和精馏的特点，SCF萃取过程是由两种因素，即被分离物质挥发度之间的差异和它们分子间亲和力的大小不同，同时发生作用而产生相际分离效果，尤其适用于脂溶性，挥发性物质的提取

2、SCF萃取的独特优点是它的萃取能力取决于流体的密度，而密度很容易通过调节温度和压力来加以控制

3、SCF萃取中的溶剂回收很简便，并能大大节省能源，被萃取物可通过等温减压或等温升压的办法与萃取剂分离，而萃取剂只需重新压缩便可循环使用

4、SCF萃取工艺可以不在高温下操作，因此特别适合于热稳定性较差的物质，同时产品中无其他物质残留

七、计算

1.溶剂萃取分离A和B两种抗生素，初始水相中A和B的质量浓度相等，A和B的分配系数与其浓度无关，分别为10和0.1.利用混合、澄清式萃取操作，设每级萃取相均达到分配平衡，并且萃取前后各项体积保持不变。

（1）如采取以及萃取，萃取水相中90%的A，所需相比应是多少？

此时有机相中的A的纯度？

（2）若采取多