生物分离工程技术第三章 固液分离技术第二讲离心技术.ppt

生物分离（工程）技术 主讲：吴元喜 E-mail: wuyuanxi@mail.hust.edu.cn 联系电话：0272010年8月 一般生物工业过程 提取精制的优化目标和工艺设计 总的目标： 高产率、品质优、低成本、操作简便、无环境污染。 常用单元操作出现频率： 离子交换 75％；亲和过程 60％；沉淀分离 57％； 凝胶过滤层析50％；其他方法 ＜33％。 单元操作的选择要求： 工艺前期：不要求分辨能力高，但要求负荷能力大 工艺后期：分辨能力和回收能力尽可能高， 生物工业下游技术一般工艺过程 第三章 固-液分离技术 第一讲 过滤技术 第二讲 离心技术 第二讲 离心分离技术 一、概述 二、离心分离原理 三、离心操作注意事项 四、思考题 一、概述 1、前言 2、离心的形式和目的 3、离心机的分类 1、前言 1924年 Svedberg（瑞典）设计并制造出可产生相当于5000倍地球引力的离心机。1926年获得诺贝尔化学奖 离心技术主要用于各种生物样品的分离和制备，生物样品悬浮液在高速旋转下，由于巨大的离心力作用，使悬浮的微小颗粒（细胞器、生物大分子的沉淀等）以一定的速度沉降，从而与溶液得以分离。沉降速度取决于颗粒的质量、大小和密度。 颗粒的沉降 颗粒的沉降（续） 颗粒的沉降（续） 2、离心的形式和目的 离心的形式 离心过滤：在有孔转鼓的离心机小通过过滤介质分离悬浮液； 离心沉降：利用固液两相比重的差异在离心机无孔转鼓或管子中进行悬浮液沉降分离 (如用于净制含少量固体的液体时也称离心澄清)； 离心分离：利用不同溶质颗粒在液体各部分分布的差异，分离不同比重液体。 离心的目的 固-液分离、液-液分离 3、离心机的分类 (1)转速和温度：低、高、超速；冷冻和常温； (2)用途：工业或实验用，分析或制备； (3) 形式和操作：过滤、沉降或分离；连续、半连续、间歇； (4) 结构特点：转鼓、长管式的转筒、角式和外摆式转子、分析型转子和区带转子等。依驱动方式有手摇式、油涡轮式、气动式、磁悬式和电动式等。依旋转轴位置有直立式、水平式、倾斜式等 二、离心分离原理 1、离心分离的先决条件 2、离心机的选择 3、离心方法的选择 4、离心力和相对离心力 5、物质的沉降系数 6、离心条件的确定 1、离心分离的先决条件 不同密度或不同大小及形状的物质在重力作用下的沉降速率不同，在形成密度梯度的液相体系中的平衡位置不同。 离心分离过程就是以离心力加速不同物质沉降分离的过程。被分离物质之间必须存在或经人为处理产生的密度或沉降速率差异才能以离心方法进行分离。 2、离心机的选择 常速离心机：最大转速在8000r／min以内，相对离心力(RCF)在l×l04×g以下。主要用于细胞、细胞碎片和培养基残渣等固形物的分离，也用于酶的结晶等较大颗粒的分离。 高速离心机：最大转速为(1～2.5)×104r／min，相对离心力达到(104～105)×g，主要用于各种沉淀物、细胞碎片和细胞器等的分离。 超速离心机:最大转速达(2．5～12)×104 r／min，相对离心力可以高达106×g。超速离心主要用于DNA、RNA、蛋白质等生物大分子以及细胞器、病毒等的分离纯化，样品纯度的检测，沉降系数和相对分子质量的测定等。 三种不同级别的制备离心机 3、离心方法的选择 I.沉淀离心 II.差速离心： III.密度梯度离心： 速率区带离心与等密度区带离心 I.沉淀离心 沉淀离心技术是目前应用最广的一种离心方法。一般是指介质密度约lg／ml，选用一种离心速度，使悬浮溶液中的悬浮颗粒在离心的作用下完全沉淀下来，这种离心方式称之为沉降离心。 根据颗粒大小来确定沉降所需要的离心力。主要适宜于细菌等微生物、细胞和细胞器等生物材料，密度在1.18—1.31g／ml左右的离心分离。沉降速度与离心力和颗粒大小有关。 II.差速离心 差速离心:是指采用不同的离心速度和离心时间，使不同沉降速度的颗粒分批分离的方法。 微小颗粒与液体分子间的相互影响力被离心力克服，原条件下稳定悬浮的多种微小粒子又依自身相对密度大小等条件顺序沉淀出来。 一般用于分离沉降系数相差较大的颗粒。 差速离心-物质的沉降过程 优点是：操作简易，离心后用倾倒法即可将上清液与沉淀分开，并可使用容量较大的角式转子。 缺点是：须多次离心，沉淀中有夹带，分离效果差。 可用于组织匀浆液中分离细胞器和病毒的分级沉淀 沉淀离心和差速离心的过程 III.密度梯度离心法 密度梯度离心法（区带离心法）： 是将样品加在惰性梯