课件：生物分离工程第二章初处理沉淀及泡沫分离.ppt

它的分离作用主要取决于组分在气－液界面上吸附的选择性和程度，其本质是各种物质在溶液中表面活性的差异 Γ为吸附溶质的表面过剩量，即单位面积上吸附溶质的摩尔数与主体溶液浓度之差,对于稀溶液即为溶质的表面浓度，可通过 σ (溶液的表面张力)与浓度c(溶质在主体溶液中的平衡浓度)来求得；Γ/c为吸附分配因子。 溶液中表面活性剂浓度c和表面过剩量Γ的相互关系可用右图表示。在b点之前，随着溶液中表面活性剂浓度c增加，Γ成直线增加： Γ=Kc b点后溶液饱和，多余的表面活 性剂分子开始在溶液内部形成“胶束”，b点的浓度称为临界浓度(CMC)，此值一般为0.01～0.02mol/L左右，分离最好在低于CMC下进行。 2.2泡沫分离设备和操作 2.2.1泡沫的形成 首先在液体内部形成被包裹的气泡。在此瞬时，溶液中表面活性剂分子立即在气泡表面排成单分子膜，亲油基指向气泡内部，亲水基指向溶液 该气泡会借浮力上升冲击溶液表面的单分子膜。在某种情况下，气泡也可从表面跳出。此时，在该气泡表面的水膜外层上，形成与上述单分子膜的分子排列完全相反的单分子膜，从而构成了较为稳定的双分子层气泡体，在气相空间形成接近于球体的单个气泡。 许多气泡聚集成大小不同的球状气泡集合体，更多的集合体集聚在一起形成泡沫。 泡沫的稳定及层内排液 形成泡沫的气泡集合体包括两个部分，一是泡，两个或两个以上的气泡，二是泡与泡之间以少量液体构成的隔膜(液膜)是泡沫的骨架。 泡沫不是很稳定的体系，气泡与气泡之间仅以薄膜隔开，此隔膜也会因彼此压力不均或间隙液的流失等原因而发生破裂，导致气泡间的合并现象。一般小气泡的压力比大气泡高，因此气体可以从小气泡通过液膜向大气泡扩散 与溶质的化学性质和浓度，系统温度和泡沫单体大小、压力、溶液pH值有关。表面活性剂的浓度愈是接近临界浓度，气泡愈小，气泡的寿命愈长 典型的三个气泡集合体膜间夹角为120°时，压力差最小，泡沫稳定。 若是三个以上，如四个气泡聚集在一起时，见图，最初可能形成十字形或其他结构，但它是不稳定的，在相邻气泡间的微小压力差作用下，膜会滑动，直至转变成上述的三泡结构的稳定形式。 2.2.2设备分类及操作 泡沫分离的操作是由两个基本过程组成：1 待分离的溶质被吸附到气－液界面上；2 对被泡沫吸附的物质进行收集并用化学、热或机械的方法破坏泡沫，将溶质提取出来。因此它的主要设备为泡沫塔和破沫器。 其它破乳方法 破乳剂（顶替界面表面活性剂） 离心破乳（利用膜相和内向的密度差） 静电破乳（交变电场） 电解质（破坏乳液稳定性-表面活性剂的电位） 加热（液膜的粘度） 样品浓缩 样品提取分离 2.3 泡沫分离因素 A．待分离物质的种类 B．溶液的pH值 溶液的pH值对分离效果有很大的影响，等电点好。 d . 表面活性剂浓度 表面活性剂的浓度不宜超过临界胶束浓度，但也不能太低，使泡沫层不稳定，太高则使分离效率下降。 D．温度 首先温度应达到表面活性剂的起泡温度，保持泡沫的稳定性，其次根据吸附平衡的类型来选择温度的高低。 E．气流速度(过大泡沫不容易卸料，成乳化气体，过小蛋白容易界面失活而变性；过大时候间隙液多，产品浓度低） C．溶液离子强度 此外，泡沫的性质、层高、排沫方式、搅拌等也是影响泡沫分离的因素 THANK YOU SUCCESS * * 可编辑 * 盐析沉淀-盐析原理图示 Cohn方程式 （2）盐析的定量描述 现在常用 Cohn经验式来表示蛋白质的溶解度与盐的浓度之间的关系： ㏒ S= β－ ＫsＩ 式中 S——蛋白质的溶解度，g/L; I－一离子强度等于 I=1/2∑mizi2 ; mi——离子 i的摩尔浓度； Zi——所带电荷； β——常数，与盐的种类无关，但与温度、pH和蛋白质种类有关; Ks——盐析常数，与温度和pH无关，但与蛋白质和盐的种类有关。 有时为简单计，也可以用浓度代替离子强度，则上式成为 Cohnx 经验式（用浓度代替离子强度） 式中m 为盐的摩尔浓度. 盐析法分离蛋白质的二种方法 ⑴在一定的 pH值及温度条件下，改变盐的浓度（即离子强度）达到沉淀的目的，称为“Ｋs”分级盐析法。 （Ks盐析：固定pH, 温度，改变盐浓度） ⑵在一定的离子强度下，改变溶液的pH值及温度，达到沉淀的目的，称为“β”分级盐析法。 （β盐析：固定离子强度，改变pH及温度。） 其它描述方法 虽然Cohn公式能够描述盐析状态下蛋白质的溶解度，但它不能体现低盐浓度（盐溶状态）下蛋白质的溶解度。 Melander和Horvath根据 Sinanoglu有关蛋白质盐析时溶