分离技术特点

关键词： 沉淀剂 盐析 优点 分离

分离技术特点（通用6篇）

篇1：分离技术特点

特点

 无机沉淀剂沉淀分离法(盐析法)：

优点：成本低、无需专门的设备、易于操作、安全性高、对生物活性成分的破坏也小

缺点：通常选择性不好，往往有共沉淀产物，一般作为粗提纯操作，还需要与其他分离方法配合使用。 盐析中使用硫酸铵：

优点：（1）价廉；（2）溶解度大；（3）温度系数小，且溶于水时不放热 ；（4）不易使蛋白质变性（5）高浓度硫酸铵还有抑菌作用 缺点：（1）产品中残留会影响蛋白质定量分析；（2）缓冲能力差, 在高pH 释氨，腐蚀  有机溶剂沉淀分离法的特点：

优点：与盐析法相比分辨率高；所用的溶剂（乙醇、丙酮）沸点低，易挥发，残留少；沉淀物和母液间密度相差大，易分离。

缺点：易使蛋白质变性，因此往往需要低温操作；溶剂成本较高，应该回收处理；溶剂多为易燃易爆品，所以使用存在使用和贮存的安全问题。 等电点沉淀法的特点：

操作简单，试剂消耗少，给体系引入的外来物也少，是一种有效的初级分离方法。适用于疏水性强的蛋白质。中性盐浓度增大时，等电点会发生偏离。强酸强碱易使蛋白质变性、酶失活，所以宜采用弱酸、弱碱。单独利用等电点分离效果并不理想，因此常与盐析和有机溶剂沉淀法并用  PEG沉淀法

优点 ：①操作条件温和；②沉淀效率高；③沉淀的颗粒往往比较大，易于分离。缺点：所得的沉淀中含有大量的PEG。

 金属离子沉淀法：

选择性好，但有时复合物分解困难，且容易使蛋白质变性  液固萃取：

由于溶剂渗入固体试样内部是比较缓慢的过程，因此液固萃取需要较长的时间，一般需要连续萃取。而且浸出溶剂用量大，往往浸出效率差，不易完全浸出，不适合有效成分含量低的原料。 溶剂萃取的特点：

萃取过程具有选择性，可与其他分离方法相配合；通过相转移可以减少由于降解（水解）引溶剂萃取的特点起的产品损失；适用于各种不同的规模；传质速度快，周期短，便于连续操作，容易控制；溶剂回收、安全问题  双水相萃取的特点

优点:平衡时间短，含水量高，界面张力低，能耗少；条件温和，保留生物活性；分离步骤简便，易于连续化操作；易于放大.缺点：影响因素较多，成本较高，相系统需要回收  反向胶束萃取的优点

极性“水核”具有较强的溶解能力；

生物大分子由于具有较强的极性，可溶解于极性水核中，防止与外界有机溶剂接触, 反胶束内的微环境与生物膜内相似，故能很好保持其生物活性，解决了蛋白质在有机溶剂中容易变性失活和难溶于有机溶剂的问题，为蛋白质的提取和分离开辟了一条新的途径。

由于“水核” 可以稳定蛋白质的立体结构，增加其结构的刚性，提高其反应性能； 成本低，有机溶剂可反复使用；

容易放大和实现连续操作,因此反胶束萃取是一条具有工业发展前景的蛋白质分离技术。 超临界流体萃取的特点

优点：萃取速度快、分离效率高、产品质量好、临界条件温和、产品分离简单、无毒、无害、不燃、无腐蚀性、价格便宜；

缺点：设备投资大

 分子蒸馏有许多常规蒸馏所不具备的特点

（1）操作真空度高：由于分子蒸馏的冷热面间的间距小于轻分子的平均自由程，蒸发面的实际操作真空度比传统真空蒸馏的操作真空度高出几个数量级。分子蒸馏的操作压一般约为0.1～1Pa数量级。

（2）操作温度低：分子蒸馏不需要到达物料的沸点，加之分子蒸馏的操作真空度更高，这又进一步降低了操

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 作温度，大大降低了能耗；

（3）分离过程中物料受热时间短：分子蒸馏在蒸发过程中，物料被强制形成很薄的液膜，并被定向推动，使得液体在分离器中停留时间很短。特别是轻分子，一经逸出就马上冷凝，受热时间更短，一般为几秒或十几秒。因此物料的热损伤很小，特别对热敏性物质的分离过程提供了传统蒸馏无法比拟的操作条件。（4）不可逆性：分子蒸馏过程中,从蒸发表面逸出的分子直接飞射到冷凝面上,中间不与其它分子发生碰撞,理论上没有返回蒸发面的可能性,所以分子蒸馏是不可逆的。

（5）分离程度及产品收率高：高分子蒸馏常常用来分离常规蒸馏难以分离的物质，而且就两种方法均能分的物质而言，分子蒸馏的分离程度更高。

（6）无毒、无害、无污染、无残留可得到纯净安全的产物。分子蒸馏的优点：（1）对于高沸点、热敏性、易氧化物料的分离，分子蒸馏提供了最佳的分离方法；（2）对于混合物中低分子物质的脱除非常有效的；（3）分子蒸馏可以通过调节真空度，有选择地蒸出目的产物，去除其他杂质，通过多级分离可同时分离多种物质。（4）分子蒸馏是一个物理过程，被分离物避免了污染和破坏。缺点：（1）分子蒸馏的加热面积受设备结构的限制，生产能力不大；（2）如果混合物中各组分的平均自由程相差不大，则可能分不开；（3）分子蒸馏需要高真空系统，生产成本高，因此只适用于高附加值产品。膜分离的特点

操作在常温下进行；物理过程，不需加入化学试剂；不发生相变化（因而能耗较低）；在很多情况下选择性较高；浓缩和纯化可在一个步骤内完成；设备易放大，可以分批或连续操作。渗透蒸发特点：

不存在蒸馏法中的共沸点的限制，适合共沸点和挥发相差小的双组分分离。

与反渗透相比，渗透蒸发透过侧组分以气体存在，消除了渗透压的作用，可在低压下进行，适合高浓度混合物的分离。

操作温度低，能耗低，适于热敏性物质分离

清洁工艺，少污染或零污染，适合食品、医药、环保等领域 吸附法的特点：

优点：吸附剂与溶质作用小，不易影响生物物质活性；在发酵工业中可以成为发酵和分离的耦合过程，消除某些产物对微生物的抑制作用；少用或不用有机溶剂，吸附过程pH变化小，适于稳定性差的物质；设备简单，操作简便，安全，廉价

缺点：选择性差；处理量小，收率低¾无机吸附剂性能不稳定；不能连续操作，劳动强度大；设计比较复杂，实验的工作量较大。活性碳纤维的独特之处

ACF 的纤维直径细, 一般为10～ 30μm,与被吸附物的接触面积大, 而且可以均匀接触、吸附, 使得材料充分利用, 效率提高。

外表面积大、吸脱附速率快、吸附容量大,可吸附处理低浓度废气或具有高活性的有机物质。

孔径分布窄, 主要以微孔、亚微孔为主。可以通过工艺调整孔径大小与被吸附物质的分子尺寸相匹配, 从而达到分离的目的

大孔吸附剂的优点：

物理化学稳定性高、比表面积大、吸附容量大、选择性好、吸附速度快、解吸条件温和、再生处理方便、使用周期长、节省费用

离子交换分离法的特点

(1)分离效率高，选择性高。

(2)适用范围广。适用于带相反电荷的离子之间的分离，还可用于带相同电荷或性质相近的离子之间的分离，适用于微量组分的富集和高纯物质的制备，从痕量物质到工业用水，从少量样品到工业规模。(3)操作简单，成本低。液固两相分开，操作简单。

(4)方法的缺点是操作周期长。一般用它解决某些比较复杂的分离问题。离子交换分离操作方式

静态交换：效率低、操作繁琐、耗时，实用意义不大，只在测定分配系数等实验中用到。

动态交换：优点：分离效率高、操作简便，适用于各种规模的生产；缺点：离子交换剂的利用率低，再生费用大；滤速增高时，压强降增大也快。

篇2：分离技术特点

膜是一种具有特殊选择性分离功能的无机或高分子材料，它能把流体分隔成不相通的两个部分，使其中的一种或几种物质能透过，而将其他物质分离出来，膜技术是环境保护和环境治理的首选技术。

在某种推动力的作用下，利用某种隔膜特定的透过性能，使溶质或溶剂分离的方法称为膜分离，

分离溶质时一般叫渗析；分离溶剂时一般叫渗透。

膜分离的特点：

1 可在一般温度下操作，没有相变；

2 浓缩分离同时进行；

3 不需投加其他物质，不改变分离物质的性质；

篇3：分离技术特点

1 资料与方法

1.1 一般资料

本组15例, 男11例, 女4例, 年龄21～56岁, 平均36岁。受伤机制:车祸撞伤9例, 坠落伤4例, 重物压伤2例。本组1例伴失血性休克, 3例伴有脑外伤、腹腔脏器损伤或尿道损伤。按照Tile以及Yong—Burgess骨盆损伤的分类方法, 将耻骨联合分离分型, 其中稳定型4例、旋转不稳定型8例、旋转不稳定伴垂直不稳定型3例。

1.2 手术治疗

麻醉:硬膜外麻醉。手术入路:15例患者均采用Pfannenstiel入路。手术方法:患者仰卧位于手术台上, 然后放置导尿管以引流膀胱, 确定膀胱-尿道交界处。应在耻骨上支约一指宽 (2cm) 做切口, 平行腹股沟韧带切开腹外斜肌腱膜, 辨别精索或圆韧带和髂腹股沟附近神经。通常通过膀胱周围的大量脂肪来确认该区域。在骨膜下显露其他部分时用可折弯的牵开器或包裹的棉块来确认和保护膀胱, 显露耻骨体和联合。在前方必须在闭孔外侧从耻骨体上剥离腹直肌的止点, 切断部分附着在耻骨联合的腹直肌。清理血肿, 耻骨联合复位后将预弯好的重建钢板置于耻骨联合及耻骨上支的前上面, 并以每侧3枚全螺纹松质骨螺钉固定。若耻骨联合分离是垂直不稳定C型损伤的一部分时, 前、后方的复位固定要兼顾[1]。复位期间注意避免尿道损伤。可以检查导尿管。检查固定牢固后, 用可吸收线修复前方的耻骨前韧带、后方的耻骨后韧带和张于两侧耻骨下支之间的耻骨弓状韧带, 共同加固耻骨联合, 以抗衡负重或遭受外力时的张力、压力及剪切应力。冲洗伤口, 检查无误, 术后放置胶片引流。逐层缝合, 表皮可选用吻合器或者可吸收线皮内缝合, 最后创可贴覆盖切口。

2 结果

2.1 影像学评价

15例患者术后均获得随访, 随访时间5～36个月, 平均13个月。结合术后功能检查及X线测量, 详见表1根据Matte评定标准[2]:术后骨折分离移位最大距离, 优<4mm, 良4～10mm, 可10～20mm, 差>20mm。

本组优良率93.3%, 可6.7%, 由此可知, 术后三种类型均能达到满意复位以上的水平, 甚至绝大多数已达到解剖复位的标准。以下两图是随机抽取其中一例患者的术前和术后的X线片, 可以明显看出, 手术效果良好。

2.2 临床功能评价

根据Majeed骨盆骨折后功能评价系统, 即患者疼痛 (30分) 、工作 (20分) 、坐 (10分) 、性生活 (4分) 、站立 (36分) 等指标进行评估, 优:≥85分;良:70～84分;中:55～69分;差:<55分。

表2评估后用Kruskal—Wallis H检验[3]中的频数表资料和等级资料的多个样本比较之后, 有统计学意义 (P<0.05) , 进而说明耻骨联合分离的三种类型术后临床疗效不同。

2.3 并发症

骨折达临床愈合时间平均8周 (骨折两端骨痂完全联接, 但骨折线尚可见) 。术中术后的并发症情况如下:会阴部血肿伴感染1例;螺丝钉滑移松动1例;1例骶部褥疮。另外, 本组中有1例有中度疼痛, 偶需镇痛药, 但不影响工作生活。有3例偶有轻度疼痛, 无需镇痛药。其余患者均无痛。

3 讨论

3.1 治疗方法的选择

单纯采用非手术治疗, 如牵引、骨盆悬吊和石膏外固定等方法治疗复位效果不佳。若挤压力量不够, 固定不够牢固, 不利于愈合, 也给护理造成很大困难[4], 同时患者被动体位长时间卧床, 痛苦大, 不乐于接受, 并且其致残率较高[5]。切开复位钢板内固定能最大限度的恢复骨盆的完整性和稳定性, 钢板螺钉持续加压, 分散应力, 固定牢靠, 不易移动, 操作简便, 易于施行。同时, 坚强的内固定利于术后护理, 明显减少非手术治疗所需卧床时间, 减少了长期卧床引起的并发症, 使患者早日下床活动, 恢复正常的工作和学习。

3.2 术后注意事项

下肢深静脉血栓 () 栓塞是骨盆骨折患者常见的并发症[6], 病死率很高。因此, 术后5～7d需要口服或者静点抗凝药物, 另外, 还要嘱咐患者每日进行静力练习, 并且要求家属给以时常按摩, 或者针灸等有效预防血栓的物理治疗手段。钢板内固定可以明显缩短患者卧床时间, 其中单纯的耻骨联合分离术后, 伤口拆线就可下床活动。这大大减少了DVT的形成。另外, 耻骨联合分离系软骨骨折, 耻骨联合的愈合一般为周内固定取出应在术后年左右[7]

参考文献

[1]Tornetta P, Dickson K, Matta JM.Outcome of rotation-allyunstable pelvic ring injuries treated operatively[J].Clin Orthop, 1996, 329:147-155

[2]Matta JM.Fractures of the acetabulum:accuracy of reduction andclinical results in patients.managed operatively within three weeksafter the injury[J].J Bone Joint Surg (Am) , 1996, 78:1632-1645

[3]孙振球, 主编.医学统计学[M].第2版.北京:人民卫生出版社, 2005, 170-173

[4]黎孝福.耻骨联合分离的手术治疗疗效分析[J].西南军医, 2004, 6 (6) :63-64

[5]刘学胜, 张成进.内固定治疗耻骨联合分离[J].中国骨与关节损伤杂志, 2007, 22 (4) :341-342

[6]邱贵兴, 主译.骨盆与髋臼骨折[M].第3版.北京:人民卫生出版社, 2006, 70-80

篇4：浅析膜分离技术内容

关键词: 现代分离技术;膜分离技术;前景;

DOI:10.3969/j.issn.1672-8289.2010.08.026

一、前言

在人类生活和生产实践中,人们早已经不自觉地接触和应用了膜过程。20多年前,Nolet在1748年就注意到了水能自发地扩散穿过猪膀肤而进入到酒精的渗透现象,过了10多年后,1564年J丫aube才成功研制了人类历史上第一片人造膜— 亚铁氰化铜膜。但直到20 世纪中叶,随着物理化学、聚合物化学、生物学、医学和生理学等学科的深入发展,新型膜材料及制膜技术的不断开拓,各种膜分离技术才相继出现,并深入研究应用到工业生产的各个领域。20 世纪60年代以后,当时在大规模生产高通量、无缺陷的膜和紧凑的、高面积/体积比的膜分离器上取得突破,开发了水中脱盐的反渗透过程。七八十年代又将这些进展转移至其他膜分离过程,获得巨大的经济效益和社会效益。近几年来膜分离技术发展相当迅速,应用也越来越广泛。在国际膜会议上曾将“在21世纪多数工业中膜过程所扮演的战略角色”列为专题,进行深入讨论,并认为它是20 世纪末到21 世纪中期最有发展前途的高新技术之一。

二、膜分离过程的定义、分类及膜的基本理论

膜分离是以膜作为分离介质,以外界能量或化学位差作为推动力,对双组分或多组分的流体进行分离、分级、纯化和浓缩的方法。1984年,Lakshinarayanaiah把膜广义地定义为:起栅栏作用,阻止块体移动而允许一个或几个物类有序通过的相。国际理论与应用化学联合会(R理Ac)将膜定义为“一种三维结构,三维中的一度(如厚度方向)尺寸要比其余两度小得多,并可通过多种推动力进行质量传递”,该定义在原来定义(’膜”是两相之间的不连续区间周)的基础上强调了维度的相对大小和功能(质量传递)。

定义中强调膜的“三维”或“区间”以与通常所说的两互不相溶液体之间或一种气体和一种液体之间的相界面或一种气体和一种固体之间的相界面相区别。按照这个定义,根据膜结构可分为固膜和液膜。固膜又分为对称膜(柱状孔膜、多孔膜、均质膜)和不对称膜(多孔膜、具有皮层的多孔膜、复合膜);液膜又分为存在于固体多孔支撑层中的液膜和以乳液形式存在的液膜。按化学组成分为有机材料的纤维素类、聚酞胺类、芳香杂环类、聚讽类、聚烯烃类、硅橡胶类、含氟聚合物;无机材料的陶瓷(A1203、氧化硅、氧化错等)、硼酸盐玻璃、金属(铝、把、银等);天然物质改性或再生而制成的天然膜。按作用机理分为吸附性膜(多孔膜、反应膜)、扩散性膜(高聚物膜、金属膜、玻璃膜)、离子交换膜、选择渗透膜(渗透膜、反渗透膜、电渗析膜)、非选择性膜(加热处理的微孔玻璃、过滤型的微孔膜)。以压力差为推动力的膜分离过程根据分离对象通常可分为微滤(MF)、超滤(饰)、纳滤(NF)和反渗透(R0)。

微滤用于截留直径为0.02一10?m的微粒、细菌等,常用做超滤的预处理过程。超滤可分离相对分子质量为数千至数百万的物质,如蛋白质、胶体、病毒、热原、酶、多糖等,膜孔径约为2～20 nm。纳滤用于分离溶液中相对分子质量为200～1000的低分子量物质,如抗生素、氨基酸等,允许水、无机盐、小分子有机物等透过,膜孔径约1～2nm ,其分离性能介于超滤与反渗透之间。反渗透因膜的致密结构对离子实现有效截留,仅允许溶剂水分子通过,主要用于海水脱盐、纯水制造以及小分子产品的浓缩等。膜分离过程的工作原理为:一是根据混合物物质的质量、体积、大小和几何形态的不同,用过筛的方法将其分离;二是根据混合物的不同化学性质分离开物质。物质通过分离膜的速度(溶解速度)取决于进入膜内的速度和进入膜的表面扩散到膜的另一表面的速度(扩散速度)。而溶解速度完全取决于被分离物与膜材料之间化学性质的差异,扩散速度除与化学性质相关外还与物质的分子量有关。速度愈大,透过膜所需的时间愈短。

混合物透过膜的速度相差愈大,则分离效率愈高。微滤 膜 的 分离机理普遍认为类似于“筛分”。过程主要通过三种方式实现:1、比膜孔大的颗粒的机械截留;2、颗粒之间的相互作用(如聚集、吸附)及颗粒与膜表面的吸附;3、颗粒之间的架桥作用。主要分离截留直径为住0.01～10?m以上的粒子。超滤同微滤相似,也是利用膜的“筛分”作用进行分离的膜分离过程,只是其过滤精度更高,膜孔更小。膜表面实际存在着不同孔径的微孔就像“筛子”一样,可以截住比孔径大的溶质和颗粒。超滤对大分子溶质较容易截留的原因是:a在膜面及微孔内的吸附〔一次吸附):b.在孔中的停留而被除去(堵塞);c.在膜面的机械截留(筛分)。

在实际操作中,要尽量避免一次吸附和堵塞的发生.纳滤 分 离 技术主要基于筛分效应和电荷效应13]。其孔径范围在纳米级,其截留相对分子质量范围为200一100道尔顿,其对大分子的分离机理与超滤相似,但对无机盐粒子的分离行为不仅由化学势梯度控制(溶解扩散机理)也受电势梯度的影响,即纳滤膜的分离行为与其荷电特性、溶质荷电状态以及二者的相互作用均有关系。人们往往将它和其它分离及生产过程相结合,起到降低处理费用、提高分离效果的作用。NF 膜在某些方面可替代传统的费用高、工艺烦琐的分离方法。与其他压力驱动型膜分离相比,反渗透是最精细的过程,因此又称“高滤”(h即erfiltration),它是利用反渗透膜选择性地只能透过溶剂而截留离子物质的性质,以膜两侧净压差为推动力,克服溶剂的渗透压,是溶剂通过反渗透膜而实现对液体混合物进行分离的膜分离过程。

现已工业化的主要膜分离过程均为被动传递过程,物质通过膜的分离过程较为复杂。不同物理、化学性质(如粒度大小、分子量、溶解情况等)和传递属性(如扩散系数)的分离物质,对于各种不同的膜(如多孔型、非多孔型)其渗透情况不同,机理各异,因此,建立在不同传质机理基础上的传递模型也有多种,在应用上各有其局限性,不论哪类模型都涉及物质在膜中的传递性质。膜分离过程的基本传质形式:

1、 促进传递过程,各组分通过膜的推动力仍是膜两侧的化学势梯度。组分由特定的载体带入膜中,是一种具有高选择的被动传递

2、 主动传递,其推动力是由膜内某化学反应提供,主要存在于生命膜

3、 被动传递,为热力学“下坡”过程,其中膜的作用就象是一物理的平板屏障。所有通过膜的组分均以化学势梯度为推动力,组分在膜中化学势梯度可以是膜两侧的压力差、浓度差或电逝差。

膜材料的性质

膜材料的性质主要受到其化学组成、膜表面的性质(如表面电荷,粗糙度,亲、疏水性等膜的形态(膜表面的孔隙率、孔径分布)等方面的影响。有些膜材料带有极性基团或可离解的基团,因而在与溶液接触后会由于溶剂分子极性或离解作用而使膜表面带有荷电,并与溶液中带有电荷的溶质产生相互作用。当这一作用为相互排斥时,膜表面不易污染;而为相互吸引时,膜面易吸附溶质而被污染。据Guell等的研究报道,蛋白质对亲水性超滤膜主要表现为膜面的吸附或沉积;对疏水性膜主要表现为膜孔内的堵塞。聚偏氟乙烯膜由于有较多的开孔,呈筛状形态而呈现较低的污染率。陆晓峰等用振荡吸附的方法研究了蛋白质对5种材质膜的污染情况,各种膜材料接触角与蛋白质污染度〔FR)的关系见下表

结果表明 :各种膜的污染度随接触角值的增大(疏水性增大)而增加,即膜表面亲水性越好,它受蛋白质的污染越小。显然 ,膜面光滑,易污染,膜面粗糙,容易吸附溶质而污染。膜自身的结构也是影响膜污染的一个重要方面。膜的制造经历了从对称膜到不对称膜、复合膜的发展阶段。在同样的条件下,非对称膜比对称膜具有。

减轻膜污染的方法:

1、 料液的有效处理:对料液(原水)采取有效的预处理,以达到膜组件进水的水质指标,除去易形成污染的蛋白质等物质或改变溶液PH值的方法,以脱除一些能与膜相互作用的盐等溶质

2、 改善膜的性质:改善膜的表面性质如表面极性或电荷性。

3、 改变操作步骤:适当提高水温加速分子扩散,增大滤速;或降低膜两侧的压差或料液浓度;调节PH,远离引起蛋白质沉淀吸附的等电点等,使吸附作用减弱。

4、 膜结构的选择:膜的制造经历了从对称到不对称的过程, 目前,复合膜的制造也进入了一个新的阶段。不对称膜、复合膜的耐污染性能要比对称膜要强得多。

5、膜组件结构选择:这主要考虑到料液中固含量的大小,平板、管式、卷式等膜组件的流道差别比较大,对于流动性差、固含量高的料液时应该选择大流道的膜组件,如管式等。除此之外 ,料液的pH值、盐浓度、温度以及流动速率、压力均会对膜面的污染有很大的影响。

三、膜分离过程的特点与优势

膜分离过程一般具有过程较简单,经济性较好,往往没有相变,分离系数较大,节能,高效,无二次污染,可在常温下连续操作,可直接放大,工艺简便,可专一配膜,投资回收高,再污染小等优点,特别是在对于热敏性物质(如食品、药品或生物工程产品)的处理上显示出极大的优越性。选择适当的膜分离过程,可替代真空旋转蒸发、板框压滤、袋式过滤、离心分离、静电除尘、絮凝、沉淀、离子交换、溶媒抽提、吸附和再生、蒸发、结晶等多种传统的分离与过滤方法。

3.1膜分离过程与传统的粒子过滤技术的比较

3.1.1.过滤介质

传统的粒子过滤采用较厚的、开放结构的深层过滤滤材、膜分离过程采用控制孔径的,表面过滤的薄分离膜。

3.1.2.操作压力

传统的粒子过滤施加的压力旨在促进过滤过程;膜分离过程的操作压力为分离过程的推动力。

3.1.3.过程设计

传统的粒子过滤中,进料液的流向垂直于滤材表面,可在开敞系统下操作;在一些膜分离过程中,采用错流技术,即进料液平行于膜表面流动,透过流垂直膜表面流动,分离操作须在密封系统中进行。

3.1.4.分离程度传统的粒子过滤将悬浮固体(粒径10?m)与液体分离:不同孔径的分离膜构成自离子至粒子的完整的分离谱图。

3.2、膜分离过程与蒸发、冷冻浓缩和离心分离等传统脱水过程的比较优势:无相变化,节省能源,没有复杂的传热设备,仅用电能驱动泵。与蒸发器相比,无冷凝器,无需提供大量冷却水,因而避免热污染问题。大多数膜分离过程在室温附近操作,特别适宜热敏物质的处理。小分子自由通过膜,过滤期间它们的浓度在膜两侧相等,且大体与它们在进料液中的浓度相同。因此,膜过滤期间微观环境变化很小,即PH、离子强度等几乎不变,这对离析和净化蛋白质十分有益。

四、膜分离过程的应用

4.1、饮料、化妆品、无菌水制备

4.2、电子产品---反渗透膜

4.3、引用水生产、与生物反应器结合进行的各种废水处理

4.4、淀粉废水处理和日用含糖废水处理与回收,电镀废水处理

4.5、含原油废水处理

4.6、乳化油废水处理

4.7、含油脱脂废水处理与回用

4.8、现代农牧产品加工中的应用等等

五、前景与展望

篇5：新型分离技术

科技论文写作课程论文

专业班级： 姓名： 学号： 指导老师：

写作日期：

2013年6月5日

成绩：

新型分离技术的应用及研究现状

摘要本文对膜分离技术、色谱分离技术、吸附分离技术、离心分离技术、萃取分离技术等新型分离技术的应用和研究现状进行了阐述

Abstract In this discourse , the author introduces the status oftheapplicationandresearch of some new separation technology such as membrane separation technology, chromatography, adsorption separation technology, centrifugal separation, extraction separation technology and so on.分离技术是研究生产过程中混合物的分离、产物的提取或纯化的一门新型学科,随着社会的发展,对分离技术的要求越来越高,不但希望采用更高效的节能、优产的方法,而且希望所采用的过程与环境友好.正是这种需求,推动了人们对新型分离技术不懈的探索.近十余年来,新型分离技术发展迅速,其应用范围已涉及化工、环保、生化、医药、食品、电子、航天等领域,不少技术已趋成熟.下面一一进行阐述.[1]1 膜分离技术

1.1 分离膜的种类

随着科学技术的发展，膜的种类得到发展，按材料性质，可以分为高分子膜、金属膜、无机膜.根据结构可分为均质膜、非对称膜、复合膜、离子交换膜、荷电膜、液膜.按成膜方法不同，分为三类，微孔膜(即核孔膜)、控制拉伸膜和海绵状结构膜.1.2 膜分离过程

微滤是最早使用的膜分离技术，是在压力差作用下进行的筛孔分离、使不溶物浓缩的过程，主要用于滤除 0． 05 ～ 10 μm 的悬浊物质颗粒.主要应用于截留颗粒物、液体澄清以及除菌.超滤是在压力差作用下进行的筛孔分离过程.纳滤是从水溶液中分离除去中小分子物质的过程(分子量为 300 ～ 500).其原理是在超滤和反渗透间提供了一种选择性媒介，在浓缩有机溶质的同时，也可脱盐.1.3国外分离技术的发展及研究进展

[2］

早在上世纪 30 年代，硝酸纤维素微滤膜已商品化，近年来开发出聚四氟乙烯为材料的微滤膜新品种，它使用范围非常广，销售额居于各类膜的首位.从上世纪 70 年代，超滤应用于工业领域，现在应用领域非常广泛.上世纪 80 年代，新型含氟离子膜在氯碱工业应用成功.第三代低压反渗透复合膜，性能大幅提高，已在药液浓缩、化工废液、超纯水制造等领域得到广泛应用.1979 年 Monsanto 公司成功研制出 H2/N2分离系统.渗透汽化于 80 年代后期进入工业应用，主要用于醇类等恒沸物脱水，该过程节约能源，不使用挟带剂，使用起来比较经济.此外，用渗透汽化(PV)分离有机混合物，近年也有中试规模研究的报道.1.4国内分离技术的发展及研究进展

［3-4］

我国膜技术始于上世纪 50 年代末，1966 年聚乙烯异相离子交换膜在上海化工厂正式投产.1967年用膜技术进行海水淡化工作.我国在 70 年代对其它膜技术相继进行研究开发(电渗析、反渗透、超

滤、微滤膜)，80 年代进入应用推广阶段.中国科学院大连化物所在 1985 年首次研制成功中空纤维N2/H2分离器，现已投入批量生产.我国在 1984 年进行渗透汽化(PV)研究，1998 年我国在燕山化工建立第一个千吨级苯脱水示范工程.中国科技部把渗透汽化透水膜、低压复合膜、无机陶瓷膜及天然气脱湿膜等列入“九五”重点科技攻关计划，分别由清华大学、南京化工大学及中科院大连化物所、杭州水处理中心承担，进行重点开发公关.1998 年 10月国家发改委在大连投资兴建国家膜工程中心，技术上以中国科学院大连化物所为依托.1.5在医药用水制备中的应用

Taylor［5］和Transen

［6］

采用离子交换、反渗透与炭吸附、荷电吸附材料及终端除菌滤器等技术，做成医药用水生产装置，生产无菌注射用水.丁绍敏等［7］比较了去离子水与超滤水的质量，结果使用超滤生产的输液的澄明度有了明显的提高.2 色谱分离技术

2.1 色谱技术简介

色谱是从混合物中分离组分的重要方法之一.色谱技术甚至能够分离物化性能差别很小的化合物,当混合物各组成部分的化学或物理性质十分接近,而其它分离技术很难或根本无法应用时,色谱技术愈加显示出其实际有效的优越性.如在消旋体处理等许多方面,所要求的产品纯度标准只有使用色谱技术才能达到.因而在医药、生物和精细化工工业中,发展色谱技术进行大规模纯物质分离提取的重要性日益增加.下面,通过几个实际中的例子来说明色谱分离技 术在实际中的应用.2.2 色谱分离技术在淀粉糖工业中的应用

淀粉糖经水解后的产品液中还存在许多其他的单糖、多糖、聚合糖和/或多元醇.在我国,许多厂家没有采用组分分离工艺,或采用的分离工艺只能分离出其中的一个主要组分,在提取出部分产品后由于杂糖、醇和/或其他杂质在母液中的畜集而无法继续利用.如能将它们分离纯化可得到各种产品,大大增加产品价值.如用阳离子交换色谱柱法将麦芽糖生产的糖浆分为麦芽糖和麦芽三糖.[9][8]

如麦芽糖生产中产生的大量含麦芽糖70%,麦芽三糖以上糖分为30%的高麦芽糖浆,便可采用阳离子交换色谱柱法分离成两部分.一部分中麦芽糖含量纯度为97.5%,用于直接生产结晶麦芽糖;另一部分含麦芽三糖65%以上,麦芽糖30%左右,再经处理后可生产麦芽三糖产品.国外使用色谱技术于糖醇分离,已变得非常普遍,几乎为所有公司采用.有些公司甚至专门从我国或其他地方收购纯度低的糖醇产品,通过色谱分离获得高纯度产品高价销售.[10]

2.3 蛋白质组学研究中的色谱分离技术

目前,用于“海量”蛋白质混合物的高效分离方法主要有二维电泳和高效液相色谱两种方法.其中因分离度高并具有直观图谱而被普遍采用的方法为二维电泳,即2DE方法.[11]

2DE与质谱联用技术已经成为蛋白质组学研究中一个较为成熟的技术平台,被广泛应用于蛋白质组学研究的各个方面.但由于该技术伴随其诞生所固有的缺陷,因此近几年对该方法进行了一些改进,如对电泳前生物样品进行预浓缩和预分离、分步提取以及对凝胶的染色过程进行优化,但都未有实质性的进展.为了解决这种方法存在的问题,另一种高效分离方法,[12]

即高效液相色谱方法(HPLC)获得了愈来愈多的应用,特别是各种模式色谱联用组成多维色谱分离技术逐渐被采用,并与质谱联用以克服二维凝胶电泳存在的缺陷.通常与质谱联用的多维色谱分离方法是基于两种或两种以上不同分离机理方法的优化和组合,其峰容量为最后一种模式色谱对前一种(或几种)模式色谱分离所得的所有馏分进一步分离的色谱峰的总和.分离方法的选择除了根据分离对象和目的的不同考虑不同分离方法以及组合方式外,还应考虑质谱鉴定的要求以及最后从蛋白质数据库检索的需要.由于蛋白质组的庞大和复杂,通常需要对其进行预分离以缩小分离范围,再进一步进行高效分离.[13]

2.4展望

综上所述,尽管不同色谱分离方法还存在一些不足之处,但它们以引人注目的各种优点,如高分辨率、快速、低成本等,赢得了人们的青睐.色谱分离方法不仅会在实验室得到广为应用,而且在大规模制备色谱领域内也具有极大的潜力.此外,各种色谱分离方法的合理组合技术方法,也是今后研究的重要内容和方向.3吸附分离技术

3.1 吸附与吸附分离技术

吸附是一表面现象,在流体(气或液)与固体表面(吸附剂)相接触时,流固之间的分子作用引起流体分子(吸附质)浓缩在表面.对一流体混合物,其中某些组分因流固作用力不同而优先得到浓缩,产生选择吸附,实现分离.吸附分离过程依据流体中待分离组分浓度的高低可分为净化和组分分离,一般以质量浓度10%界限

[14],小于此值的称为吸附净化.吸附是自发过程,发生吸附时放出热量,它的逆过程(脱附)是吸热的,需要提供热量才能脱除吸附在表面的吸附分子.吸附时放出热量的大小与吸附的类型有关:发生物理吸附时,吸附质吸附剂之间的相互作用较弱,吸附选择性不好,吸附热通常是在吸附质蒸发潜热的2~3倍范围内,吸附量随温度升高而降低;而发生化学吸附时,吸附质吸附剂之间的相互作用强,吸附选择性好且发生在活性位上,吸附热常大于吸附质蒸发潜热的2~3倍.在吸附分离技术的实际应用中,吸附剂要重复使用,吸附与脱附是吸附分离过程的必要步骤.吸附剂脱附再生的实现方式主要有两种:提高吸附剂温度和用低吸附质浓度的流体.早期的吸附分离技术主要用于吸附净化方面,随着20世纪50年代合成沸石分子筛的出现,使吸附分离技术得到快速发展,在化工、石化、生化和环保等领域得到广泛应用,其中变温吸附(TSA)、用于气体组分分离的变压吸附(PSA)和用于液体组分分离的模拟移动床(SMB)分离技术成为应用的主流.3.2 吸附材料[15] 开发吸附分离技术应用的一个关键是吸附剂——具有各种微孔结构和表面性质的大比表面固体材料(150~1 500m2/g),用于流体混合物中组分的吸附分离.吸附剂主要有活性炭、沸石分子筛、氧化铝、硅胶、高分子吸附剂和离子交换树脂.常用吸附剂的主要特性见表2.硅胶、氧化铝和沸石分子筛都可以用作为吸附干燥剂,但由于各自性质不同,适用的场合也不一样.一般来说,在干燥程度要求不高时,使用硅胶较普遍,因硅胶要求的再生温度较低;分子筛适用于要求深度干燥的场合,但需较高的再生温度,不适用PSA模式,因分子筛与水的相互作用强,仅靠变化流体浓度不能实现再生.如在仪表风等气体的PSA干燥中,适合的吸附剂是氧化铝而不是硅胶,因硅胶的强度稍差,其落粉率不能满足要求.活性炭为非极性材料,对有机物有较强的吸附能力,故一般有机挥发物(VOC)的脱除和回收都使用活性炭作为吸附剂.空气的PSA制氧过程是利用了分子筛吸附剂的吸氮量大于其吸氧量的特性,而空气的PSA制氮过程则利用了N2在炭分子筛上的吸附速率大于O2的几十倍的特性,这正好反映了实现吸附分离的主要依据:利用不同流体在吸附剂上吸附量或吸附速率的差异.吸附剂的性能决定着吸附分离技术的应用,因此吸附剂的开发一直是吸附分离技术的研发重点.针对吸附分离体系的特性,吸附剂的研发有多种方式:(1)改进现有的吸附剂,以提高过程的经济性和效果,如PSA制氧过程采用的吸附剂由CaA、10X到LiNaLSX(LSX代表低硅铝比的八面沸石型分子筛),增加分子筛的局部电场,提高其吸氮容量,而吸附过程则由PSA发展到真空变压吸附(VSA),节省过程的能耗;(2)通过合成新型的吸附剂和吸附分离用的材料,如各种新的分子筛被合成出来,并在吸附分离过程中得到应用;(3)结合现有吸附材料的性质,开发出具有应用新特点的吸附材料和过程,如针对不同的流体干燥场合,利用氧化铝、硅胶和分子筛等常用干燥剂的特性(见图1),来开发满足特定应用领域的各种干燥剂有着广阔的空间;(4)利用吸附剂和吸附质的某些性质,开发有应用针对性的吸附分离技术,这是吸附剂发展的主要方向.3.3现状分析及展望

随着21世纪各种吸附剂的不断出现和改进,吸附理论得到了长足的发展,吸附分离过程成为了具有广泛和重要应用的单元操作.新吸附剂的研制开发与应用是吸附理论与吸附分离技术取得进展的主要推动力,其中实验与理论方法和计算机模拟更紧密地结合对这样的进展会起着关键的作用;而可持续的社会发展需求为吸附理论与吸附分离技术的发展提供了广阔的空间,值得有志者去努力.4离心分离技术

4.1离心技术简介

虽然分离技术种类繁多

[16-19]

:有机械的、化学的、电分离和热分离等(其中包括离心分离、过滤、超滤、反渗透、结晶和渗析等技术),但离心分离技术与其它技术相比,有下述几个方面的特点:(1)占地面积小;(2)停留时间短;(3)无需助滤剂;(4)系统密封好;(5)放大简单;(6)过程连续;(7)分离效率易于调节;(8)处理量大.故自1836年第一台三足式离心 机在德国问世后,迄今分离技术有了很大的发展.各类离心机种类繁多,正在向高参数、系列化、专用机、多功能、新材料及自动化等方面发展,并已广泛用于化工、食品、轻工、医药、军工、造船、环保、生物 工程等近三十个工业领域.目前,随着计算机技术的发展,计算机辅助设计(CAD)技术与模块化设计的普遍应用,全球市场竞争愈加激烈、多样化、个性化的客户需求为离心分离机械实施大规模定制奠定了基础,故大规模定制设计(DFMC)已成为设计方面的新动向.4.2国内技术现状

我国离心分离行业尚属正在发展中,总体水平不高.随着社会进步,人们对环保、能源以及装备对品质的影响有了新的认识.同时,通过国外技术交流和合作以及成套项目的引进、消化与吸收,促进了我国离心分离技术的迅速发展,主要体现在:(1)已基本形成了一个科研、设计和制造的体系.(2)成立了分离领域的学术组织.(3)在基础理论与应用方面进行了研究.(4)目前已能生产三足、上悬、活塞、螺旋、离心力卸料,振动、进动卸料、刮刀及虹吸刮刀、翻袋及旁滤等离心机;分离机则有碟式、室式及管式.上述产品不仅遍及全国且远销国外,且技术特性较“九五”期间有所提高.(5)为满足特殊工艺要求(防污染、密闭、防爆等),一些新型离心机亦先后问世.例如,笔者曾研制一种适合于GMP的新型离心机,并获国家专利.还有内旋转子过滤离心机的研制,立式密闭螺旋机及复合机等亦已投产.(6)自控技术与CAD技术的应用.(7)各种相关标准的制订.(8)同国外著名离心机厂商的技术合作.4.3国外离心分离技术的进展

[20-26]

瑞典Alfa-laval公司,在碟片流道研究中发现,碟片间隙横断面上的速度分布取决于一个无量纲数λ,而工业离心机的λ通常在5~28之间.随着λ值的增加,碟片的转速增加,薄层减少,可提高雷诺数并缓和涡流.通过对碟片间隔件和分布孔的巧妙设计,进料量可增加20%.此外,还对相分离技术进行了研究.近年来,研究人员为选择最佳方案,采用流场分离法、有限元模拟法、大梯度密度梯级法、反模态分析法等,对离心机的工作性能和关键零件进行研究,为设计优良性能的离心机提供了理论依据.并对带内洗涤的卧螺离心机中堰池深度以及卧螺离心机技术参数之间的关系等进行了最佳化研究.为提高产品的纯度,及满足能源和环保的要求,高参数已成为国外机型的发展特点.由于生物工程需要分离极细的颗粒,如细菌、酶及胰岛素等,故最新碟式机已可处理0.1Lm微粒,且分离因数可达15000.如德国Westfalia公司的CSA160机型和瑞典Alfa-laval公司的BTAX510机型均属此例.随着工艺要求的提高,新机型不断问世.美国Dorr-Oliver公司的BH-46型碟式机,转鼓内径已达1.2 m,转鼓重量为4.5 t,用2个功率为220 kW的电机驱动,最大生产能力为450 m3/h,当量沉降面积已达250,000 m2,为碟式机之最.瑞典Alfa-laval公司用于生物技术的BTUX510型碟式机,具有自动调节的涡流喷嘴.利用喷嘴进料黏度和浓度的关系,可提供恒定的固相浓度,与进料速度和固体含量的变化无关.而具有10000分离因数的卧螺离心机,可从某种程度上弥补管式分离机的不足.BTNX3560-A机 型的特点是先进的旋转动态设计:主轴承改为弹性安装,可延长寿命,降低机器噪音与振动.德国Krauss-Maffei公司最新研制的SZ型活塞机,尺寸虽小,却更能有效进行固相分离.还有德国Flottweg公司用于处理难分离物料的双锥体卧螺离心机等.4.4 新材料的应用[27-28] 为了提高分离机械的性能、强度、刚度、耐磨性和抗腐蚀性,一批新型材料不断涌现.如,工程塑料、硬质合金以及性能优良的耐磨耐蚀不锈钢材料.法国曾研制一种用硬质陶瓷制成的转子,英国也曾研制由合成树脂构成的连续纤维复合材料转子.但在碟式机中,由于需要高强度和一定的耐腐性能,双相组织的不锈钢广泛采用.最近,俄国研制成功一种双相钢04X25H5M2(即04Cr25Ni5Mo2),有足够的强度和塑性.德国的Wischnouskii等研制的分离机转鼓新材料,具有强度高、塑性和耐腐蚀性好的特点.为弥补耐蚀和强度之间的矛盾,一些先进的制 造商普遍采用了转鼓的自增强技术.4.5 结语

综上所述,新材料和新型离心机正在不断研发出:世界离心机行业正在进一步探索和研究,深信国内将会向国际水平不断努力.5 萃取分离技术

5.1萃取分离技术概括

传统的提取物质中有效成分的方法工艺复杂、产品纯度不高, 而且易残留有害物质.萃取分离是一种新型的分离技术, 即在原料液中加入一个与其基本不相混溶的液体做为溶剂, 造成第二相;利用原料液中各组分在两个液相之间的不同分配关系来分离液体混合物.萃取分离是重要单元操作之一, 具有提取率高、产品纯度好、能耗低等优点.这项技术除了用在化工、医药等行业外, 还可用在烟草、香料、食品等方面.随着各种新技术的发展, 萃取分离技术不断改进优化, 新型萃取分离技术不断出现并完善, 这项技术在未来具有广阔的发展前景.以下对溶剂萃取精馏分离技术和超临界流体萃取分离的原理、特点和应用进行阐述.5.2萃取精馏[29-30]

萃取精馏是通过向精馏系统中加入适当的质量分离剂(MSA)来显著增大相对挥发度很小或者易形成共沸物的混合物组分之间的相对挥发度,使分离易于进行, 从而获得产品的一种特殊精馏技术.最近几年, 世界各国化学工业公司都在尝试如何将萃取精馏技术应用于工业过程改进、解决化学工业中难题, 以提高化工工业效益.溶剂的好坏是萃取精馏成败的关键, 工业生产过程的经济效果如何,与溶剂的选择密切相关.为了适用于工业化生产,溶剂的选择要考虑其选择性、沸点、溶解度、热稳定性和化学稳定性及适宜的物性.此外, 无毒、无腐蚀、来源丰富也是选择溶剂要考虑的因素.选择溶剂的一般方法是先采用性质约束法(试验法、经验筛选法和活度系数法)划定分离混合物系所需溶剂的大致范围, 对于一个被分离物系, 通过这种方法往往可以得到多个适用的溶剂, 然后应用计算机优化方法(计算机辅助分子设计方法、人工神经网络方法)寻求最佳溶剂已成为研究的方向.一般的萃取精馏过程采用塔工艺流程, 设备主要由萃取塔和溶剂回收塔组成.目前,萃取精馏技术的研究重点之一就是进一步提高萃取剂的选择性、改进工艺过程, 减少单元操作和建设成本.萃取精馏塔采用是板式塔型式, 由于浮阀塔板具有高效率、高弹性和高生产能力等优点, 所以目前在国内外是采用最为广泛的塔板之一.5.3超临界流体萃取技术

[31-33]

超临界流体萃取(Supercritical Fluid Extraction,SFE)是近几年来迅速发展起来的一门新兴的高效分离技术.在化工、食品、香料、工业方面已有工业化应用规模.当气体超过一定的温度压力时, 便进入临界状态, 此时的流体成为超临界流体(如二氧化碳、乙烯、氨、丙烷、水等).目前, 超临界流体应用较多的是二氧化碳,因其临界温度 31.26℃,临界压力7.2MPa, 临界条件易达到, 并且具有化学性质不活泼、对大部分物质不反应、无色无毒无味、不燃烧、安全性好、价格便宜、纯度高、容易获得等优点, 因此, 在超临界萃取中常用.超临界流体兼有气液两重性的特点, 它既具有气体相当高的渗透能力, 又兼有与液体相近的密度和对物质优良的溶解能力.这种溶解能力能够随着体系参数(温度和压力)而发生变化, 因而可以通过改变体系的温度和压力使被提取物的溶解度发生变化而分离出来,从而达到分离提取的目的.5.4萃取分离展望

萃取溶剂选取方法已经由被动的选取向有目的的合成新化合物转变,由单一溶剂向混合溶剂转变, 筛选的范围更广泛, 筛选的溶剂更合理、准确, 前期试验工作量大大减少.随着近年来萃取剂选取范围扩大, 混合溶剂的选用, 萃取精馏工艺过程及塔板结构的改进, 萃取精馏技术应用于化学工业的场合范围扩大.对于解决现今化工生产中存在的问题或难题, 采取萃取精馏是一种值得优先考虑的技术.萃取分离技术发展至今, 其发展方向已经从常规萃取分离转向解决普通萃取分离过程无法分离的问题, 通过物理或化学的手段改变物系的性质, 使组分得以分离, 或通过特殊技术促进分离过程, 并且要求低能耗、低成本, 向清洁分离发展.在基础研究方面, 研究深度由宏观平均向微观、由整体平均向局部瞬态发展;研究目标由现象描述向过程机理转移;研究手段逐步高技术化;研究方法由传统理论向多学科交叉方面开拓.参考文献： [1]王中海,罗小苟,刘亮,张晓晖,黄向阳.新型分离技术的应用及研究现状[B].矿业快报2007,9(9).[2]王从厚，吴鸣． 国外膜工业发展概况［J］． 膜科学与技术，2002，22(1): 65-72．

[3]郭有智． 中国膜工业发展战略研究［J］． 化工新型材料，2002，30(6): 4-8．

[4]黄加乐，董声雄． 我国膜技术的应用现状与前景［J］．福建化工，2000(3): 3-6．

[5]Taylor M A． Portable intravenous solution preparation ap-paratus and method: US，5259954［P］． 1993-11-09．

[6]Transen B． Portable intravenous salutations and water for injection apparatus and method: US，4810388［P］． 1989-03-07．

[7]丁绍敏，张辉． 超滤法在制备注射用水上的应用［J］．黑龙江医药，2000，13(3): 163-164．

篇6：磁珠分离技术

摘要:磁珠分离技术是一种分子生物学分离技术, 它利用其表面修饰的磁性颗粒对生物分子或细胞的亲和结合而进行分离, 能对待分离或待检测的靶标进行高 效富集, 是一种方便、快速、回收率高、选择性强的方法。磁珠分离技术在生物学方面的应用始于20世纪70年代后期, 目前已经在分子生物学、细胞学、免疫学、微生物学、生物化学等领域取得一些令人瞩目的研究成果。

基本概念

磁珠

磁珠是一种通过一定方法将磁性无机粒子与有机高分子结合形成的具有一定磁性及特殊结构的体积在几纳米到几十微米之间的载体微球。载体微球的核心为金属小颗粒, 常为铁的氧化物或铁的硫化物, 核心外包裹一层高分子材料, 最外层是功能基团, 载体微球表面可根据需要赋予不同的功能基团(如－OH、－COOH、－CHO、－NH2,—SH、—CONO2、—CONH2、—SO3H、—SiH3、—环氧基、—CHCl等)，使其表现具有疏水-亲水、非极性-极性、带正电荷-带负电荷等不同物理性质。同时具有磁响应性，在外磁场作用下具有磁导向性。由于载体微球表现的物理性质不同, 可结合不同的免疫配基, 如抗体、抗原、DNA、RNA 等。

应用于磁分离技术的磁性载体微球应具备以下特点: 粒径比较小, 比表面积较大, 具有较大的吸附容量;物理和化学性能稳定, 具有较高的机械强度, 使用寿命长;具有可活化的反应基团, 以用于亲和配基的固定化;粒径均一, 能形成单分散体系;悬浮性好, 便于反应的有效进行。载体微球有纳米级、微粒级的, 纳米级的载体微球与微粒级的载体微球相比具有以下优点: 尺寸小, 扩散速度快, 悬浮稳定性好;比表面积大, 偶联容量大;超顺磁性, 能快速实现磁性粒子的分散与回收。

磁珠的制备方法：共沉淀法、悬浮聚合法、乳液聚合法、分散聚合法、包埋法及原子转移自由基聚合法等。免疫磁珠 免疫磁珠(Immunomagnetic bead, IMB)简称磁珠,免疫磁珠由载体微球和免疫配基结合而成。免疫磁珠的大小和形状的均一性, 可使靶细胞迅速和有效地结合到磁珠上;它的球形结构可消除与不规则形状粒子有关的非特异性结合;超顺磁性可使磁珠置于磁场时, 显示其磁性, 从磁场移出时, 磁性消除, 磁珠分散;保护性壳可防止金属颗粒漏出。

将磁珠按磁珠功能基结合的蛋白质不同分为: 包被一抗的磁珠、包被二抗的磁珠、未包被的磁珠和包被抗生物素的磁珠。并针对不同抗原制出包被相应抗体的试剂盒,方便了使用。

免疫磁珠的主要特点有: 分离速度快、效率高、可重复性好;操作简单、不需要昂贵的仪器设备;不影响被分离细胞或其它生物材料的生物学性状和功能 免疫磁珠标记方法 1 直接磁珠和直接标记法：通过物理吸附和共价键结合直接将特意性抗体与磁珠耦合，然后再与相应细胞结合，形成细胞-抗原-抗体-磁珠复合物，在外磁场下直接分离目的细胞。快速、简单、特异性和细胞得率高，灵敏度低，需制备相应的偶联抗体磁珠。2 间接磁珠和间接标记法：使用anti-lg等与磁珠偶联，通过Anti-lg再使磁珠与二抗体偶联，分离细胞时，先使细胞与一抗特异性结合，然后在与一抗标记磁珠结合，形成细胞-1抗-2抗-anti-lg-磁珠复合体，在外磁场下分离目的细胞的方法。该法增加了细胞的洗涤步骤，特异性也会降低。该法一般用于①没有直标磁珠抗体②需用几种抗体去除多种细胞③目的细胞上特异性抗原分子表达水平低。

免疫磁珠分选方法 阳性分选：运用特异性抗体偶联磁珠直接从细胞混合物中分离目的细胞的分选方法称为positive selection.阳性分选中磁珠标记的细胞即为目的细胞。该法简单、快速、细胞得率和纯度较高。如采用anti-CD14磁珠分选CD14+巨噬细胞。阴性分选：用抗体偶联磁珠去除无关细胞，使目的细胞得以纯化和分离的分选方法称为negative selection.阴性分选中磁珠标记的细胞为非目的细胞。如分离CD4+T细胞时，由于没有专用的CD4+T细胞分选磁珠，可通过anti-CD8、anti-B220、anti-CD49b、anti-CD11b、anti-Ter119标记磁珠去除CD8+T细胞、B细胞、NK细胞、DC细胞、巨噬细胞、粒细胞等，最终而获得较纯的CD4+T细胞。因此阴性分选法适用于：①从细胞混合物中去除某种类型细胞。如肿瘤细胞。②缺乏针对目的细胞筛选的特异性抗体磁珠时。③抗体和目的细胞结合可能诱导细胞活化，影响后续细胞功能分析时。复合分选：将阴性分选和阳性分选相结合的分选方法。当目的细胞含量特别低，无法直接进行阳性分选时，可采用阴性分选发先出去其他杂细胞，当目的细胞富集到一定程度时在采用阳性分选发筛选目的细胞。

基本原理

特异性及非特异性的磁珠分离技术

特异性磁珠分离技术 免疫磁珠分离技术是一种特异性磁分离技术。免疫磁珠既可结合活性蛋白质(抗体), 又可被磁铁所吸引, 经过一定处理后, 可将抗体结合在磁珠上, 使之成为抗体的载体, 磁珠上抗体与特异性抗原物质结合后, 则形成抗原一抗体一磁珠免疫复合物, 这种复合物在磁力作用下, 发生力学移动, 使复合物与其它物质分离,而达到分离特异性抗原的目的。免疫磁珠作用方式有直接法和间接法。直接法是先用抗体包被磁珠, 使抗体与磁珠结合(物理吸附或化学结合), 再加人抗原物质, 二者结合形成复合物,在磁力的作用下, 与其它物质分离。间接法是先用羊抗鼠IgG(第二抗体)包被磁珠, 使磁珠作为第二抗体的载体, 当抗原与第一抗体结合后, 加入带有第二抗体的磁珠, 磁珠上第二抗体便与第一抗体结合, 形成磁珠一第二抗体~ 第一抗体一抗原复合物, 在磁力的作用下, 与其它物质分离。

这里值得提及的是免疫磁珠的功能基团主要与蛋白结合, 但是借助亲和素一生物素系统,还能使免疫磁珠与非蛋白质结合, 如各种DNA、RNA 分子等, 从而使免疫磁珠发挥更大作用。非特异性磁珠分离技术

裸磁珠分离技术: 裸磁珠是指尚未包被抗体的磁性载体微球。有研究表明具有超顺磁性的裸磁珠能非特异性的吸附细菌 , 把裸磁珠加入到待检样品中, 裸磁珠可以和样品中的细菌发生非特异性的吸附, 裸磁珠细菌结合物在外加磁场的作用下向磁极方向聚集后, 弃去检样混合液, 反复洗涤,可使致病菌与样品得到分离, 目标菌得到浓缩。当食源性疾病发生时, 往往很难确定食源性致病菌的种类, 用某几种免疫磁珠吸附分离可能会导致漏检, 裸磁珠的非特异性吸附可克服此不足。有关专家对裸磁珠用于样品中多种食源性致病菌的吸附分离和浓缩进行了一定研究。

磁泳分离技术: 刘新星等根据某些细菌具有一定趋磁性的特点提出了一种新的微生物分离方法-磁泳。该方法采用电泳槽、毛细管、永磁体组成磁泳槽, 在远磁槽中加入菌液, 在近磁槽中加入培养基, 体内含有磁性颗粒的细菌在细长的毛细管中借助连续的磁场梯度提供的磁力进行泳动, 而体内没有磁性颗粒的细菌则留在了远磁槽中, 这样具有不同趋磁特性的细菌得到分离。在液体磁泳的基础上进行改进,提出了固体平板磁泳分离细菌的新方法, 通过磁泳分离, 在固体平板上可以得到待分离细菌的单一菌落, 磁泳技术的进一步完善和改进为传统的菌种分离提供了新的途径。

应用范围

特异性的免疫磁珠分离技术目前比较成熟, 在诸多领域得到了广泛应用;非特异性的分离技术研究有待深入, 没有特异性的免疫磁珠分离技术应用广泛。免疫磁珠分离技术的应用范围

它是近年来国内外研究比较热门的一种新的免疫学技术, 它以免疫学为基础, 渗透到病理、生理、药理、微生物、生化及分子遗传学等各个领域, 其应用日趋广泛, 尤其在免疫学检测、细胞分离及蛋白质纯化等方面取得巨大的进展。1.免疫检测

在免疫检测中, 免疫磁珠作为抗体的固相载体, 磁珠上的抗体与特异性抗原结合, 形成抗原抗体复合物, 在磁力作用下, 使特异性抗原与其它物质分离, 克服了放免和普通酶联免疫测定方法的缺点, 无放射性损害。这种磁性分离具有灵敏度高, 检测速度快(l , 一2 小时),特异性高, 重复性好等优点。文献报道利用免疫磁珠可检测出诱导活性T 细胞产生极性现象的膜表面分子, 这种极性现象可通过观察到一个磁珠结合处, 许多T 细胞形成网状微管状结构来判定。其方法是将7 X 10 咯个细胞吸人特殊处理的有机玻璃制成的直径x6 n m, 深4m m的孔内, 培养30 分钟, 待细胞附壁后, 加人包被抗体的磁珠, 磁珠与细胞比例红1 , 混匀, 培养45分钟后置于磁场中,弃去上清, 荧光染色,在荧光显微镜下观察吸附在孔壁底部T 细胞变化, 结果发现人T 细胞系H P B一A L L 中C D 3类T 细胞具有这种极性现象, 而C D Z、C D 6、仁公旦类T 细胞则无极性出现, 由此可检测细胞攀表面的特异分子结构。实验结果显示, 包被抗极性诱导分子C D 3 膜表面分子抗体的磁珠产生的极性现象, 是包被抗其他分子抗体磁珠随机产生极性现象的3。倍, 其结果具有统计学意义。这种技术, 不但可通过产生极性现象来检测表面分子, 亦可通过磁珠包被任何确定的表面分子或结合分子来检测是否可产生极性现象, 从而来判断细胞类型。总之, 用免疫磁珠可检测出各种激素、神经递质、细胞因子、肿瘤相关抗原等。2.细胞分离

细胞分离是免疫磁珠目前应用最主要的一个方面。传统细胞分离技术有密度离心、羊红细胞重新形成、流式细胞等, 这些方法或者比较费时, 或者十分昂贵, 而用免疫磁珠进行细胞分离只需要抗体和一个磁铁, 具有简单、便捷和可靠等优点。分离细胞有两种方式: 直接从细胞混合液中分离出靶细胞的方法, 称为阳性分离(P o s it iv e I s o lo t;o n)。用免疫磁珠去除无关细胞, 使靶细胞得以纯化的方法, 称为阴性分离(N e g a t iv e Is o la t io n)。阳性分离涉及到磁珠与细胞的解离问题, 一种解离方法, 是简单的在摄氏3 7 毛过夜使之分离;此外, D y al l 公司D E T A cH a B E A D 分离系统, 直接解离抗原一抗体, 因此所得到的细胞无抗体残留, 而且没有改变细胞抗原的表达, 细胞的活性或功能也不受影响。已有许多文献报道: 免疫磁珠技术可用来分离人类各种细胞, 如T 淋巴细胞、B 淋巴细胞、内皮细胞.造血祖细胞、单核/ 吞噬细胞及胰岛细胞及多种肿瘤细胞。近来,S h Pa i c)r等利用免疫磁珠技术, 从19 例W 期乳腺癌患者外周血中分离到C :)[ 科+ 的单核细胞P(BM C),离体做C D 34 十细胞增殖实验, 最后将增殖的细抱重新输人病人的体内, 以克服多次大剂量化疗所带来的副作用。具体方法是, 首先给未接受化疗的晚期乳腺癌病人注射环磷酸胺和粒细胞集落刺激因子, 取外周血, 用白细胞提取法收集单核细胞, 将收集到的细胞与包被C D 34 十抗体的磁珠混合, 磁珠与细胞比例为16 : 1,4 C 下培养拍分钟, 磁珠吸引, 弃上清后重新悬浮于溶液中, 在5 纬C O : 培养箱内37.0 ℃ 过夜。第二天移去分离的磁珠, 得到C D 34一卜细胞。此方法获得的C l)3 4十细胞纯度在56 % ~ 92 %。这样获得的C D 34 十细胞再培养结果, 第7 天,细胞增殖15 倍, 第14 天增殖40 倍, 第21 天增殖4 6 倍, 第28 天增殖21 倍。很多研究表明,细胞分离不仅有利于肿瘤细胞的净化, 而且为临床肿瘤治疗提供了新的途径, 使免疫磁珠技术广泛应用于: ① 检测出体液中少量肿瘤细胞,提高肿瘤早期的诊断率, ② 快速、高效分离T、B 细胞, 用于器官移植中的H L A 组织分型, ③骨髓移植物的预处理, 提高移植成功率(自体移植时清除骨髓移植物中残留的肿瘤细胞, 异体移植时清除骨髓移植物中的细胞毒性T 细胞), ④ 为各种医疗与科研目的分离或清除特定的细胞成分。3.生物大分子纯化

免疫磁珠可以看作是亲合层析技术中的微型配基载体, 在基质上固相化抗体或抗原后, 造成特异性吸附, 再进行磁性亲合抽提, 不需离心和过滤, 用于分离和纯化相应的生物大分子,这为受体分子提纯和其它难以提纯的蛋白质纯化提供了希望。此外, 以免疫磁珠作为固相载体, 还可分离纯化D N A 和R N A , D N A 结合蛋白及m R N A 等。用D y n a b e a d s M~ 4 5 0 C D 1 4 和D y n a b e a d s 砚19 0(d T):。可从单核细胞中提取m R N A。具体方法是, 用D y n a b e a d s M一4 5。C D 14从外周血中分离纯的单核细胞, 得到纯的单核细胞, 再将D y n a b e a d s 0 119 0(d T)2 5加到细胞液中杂交, 可分离到纯的m R N A, 实验可在60 分钟内完成。4.分子生物学的应用

由于免疫磁珠借助亲和素一生物素系统可与非蛋白质结合(如各种D N A、R N A 大分子)所以近年来免疫磁珠在分子生物学应用越来越广泛。随着P C R、R T 一P C R 等分子生物学技术突飞猛进, 通过对P C R 产物进行测序分析, 虽可了解基因组的结构特点、D N A 突变和基因多态性等, 但方法比较复杂。文献报道, 用磁珠固相分离单链法, 测定了低密度脂蛋白(L D L)受体基因外显子H 和内含子n 的部分序列, 可直接快速对P C R 双链产物进行分离或对其单链进行测序。方法是将P C R 双链产物与生物素化磁珠混合, 悬浮30 分钟后, 置于磁场中沉淀,去上清, 洗涤后进行碱性变性, 再次磁场沉淀,此时沉淀的磁珠结合了含有生物素的P C R 单核D N A, 而不含生物素的P C R 另一单链DN A则存在于上清中。5.在核酸与基因工程上的应用

免疫磁球可以看作是亲合层析技术中的微型配基裁体，借助亲合素-生物素（Biotin-Avidin）系统免疫磁球可与非蛋白质结合，生物素和亲合素间有着高度的亲和力，两者的结合迅速、专

一、稳定，在分子生物学、医学、免疫组织化学等领域中的应用也越来越广泛，与生物磁珠技术结合后，更是产生了诱人的发展前景，并广泛地应用于分离纯化RNA、mRNA、核酸片段等及相关研究。河南惠尔纳米科技有限公司很早就在从事该方面的研究，并且已经研发出多款磁珠法核酸提取试剂盒，性能相当稳定。

6.用于分型

免疫磁珠法可被应用于临床器官移植供受者的快速选配。在高梯度磁场下,用免疫磁珠法分离静脉或腹腔血中T、B淋巴细胞，并利用分离的淋巴细胞进行HLA-ⅠⅡ类抗原分型。如采用磁珠技术和单抗试剂建立起可在1.5h完成HLA-ⅠⅡ类抗原一类分型的新方法，还可应用免疫磁珠分离技术进行肾移植供受体的HLA分型、探讨血液病患者反复血小板输注的治疗效果与HLA之间的相关性。7.用作靶向释药系统的载体

免疫磁性微球作为靶向释药系统的载体可使免疫磁性微球上的抗癌药物更易与癌细胞接触，服用这种制剂后，在体外适当部位用一适宜强度的磁铁，将磁性微球引导到体内特定靶区，提高了杀伤癌细胞的效果。很多研究者使用不同的方法制成了针对不同癌细胞的免疫磁性微球，作为靶向释药系统的载体并在实验中证实这种释药载体具有良好的功效。免疫磁珠分离技术的应用实例

免疫磁珠分离技术在食品安全检测中的应用

免疫磁珠对病毒具有特异选择性，因此能用于食品有害微生物的检测。免疫磁珠技术与常规检验方法相比具有检测迅速、有选择性分离目的微生物，有效减少背景干扰，提高了精准性。同时还能捕获受损伤靶细菌。目前，免疫磁珠技术已广泛用于食品样品中致病微生物的检测。大肠杆菌O157的检测

传统分离E.coli O157∶H7所采用的直接分离法存在着鉴别力差、抑制杂菌能力弱、耗时长、工作量大等缺点。

采用免疫磁珠技术，能够快速地从各种食品样品中分离富集E.coli O157∶H7，满足流行病学的研究要求和提高控制力度。

现在这种免疫磁珠的方法已经被英国公共健康服务实验室认定为标准的分离方法，我国也已将免疫磁珠法对大肠杆菌O157的检测纳入国家标准（GB/T 4789.36-2008）和出入境检验检疫行业标准(SN/T 1059.5-2006)。已有市售的专用免疫磁珠销售。

具体操作 1增菌

2免疫磁珠捕获与分离

1.将Eppendorff管按样品和质控菌株进行编号，每个样品使用1支Eppendorff管，然后插人到磁板架上。在漩涡混合器上轻轻振荡E.coli O157免疫磁珠溶液后，用开盖器打开每支Eppendo-rff管的盖子，每管加人20 μL E.coli 0157免疫磁珠悬液。

2.取mEC+n肉汤增菌培养物1 mL，加人到Eppendorff管中，盖上盖子，然后轻微振荡10 s。每个样品更换1支加样吸头，质控菌株必须与样品分开进行，避免交叉污染。

3.结合: 在18℃~30℃环境中，将上述Eppendorff管连同磁板架放在Dynal MXl样品混合器上转动或用手轻微转10 min，使E.coli O157与免疫磁珠充分接触。4.捕获:将磁板插人到磁板架中浓缩磁珠。在3 min内不断地倾斜磁板架，确保悬液中与盖子上的免疫磁珠全部被收集起来，此时，在Eppendorff管壁中间明显可见圆形或椭圆形棕色聚集物。

5.吸取上清液:取1支无菌加长吸管，从免疫磁珠聚集物对侧深人液面，轻轻吸走上清液。当吸到液面通过免疫磁珠聚集物时，应放慢速度，以确保免疫磁珠不被吸走。如吸取的上清液内含有磁珠，则应将其放回到Eppendorff管中，并重复4步骤。每个样品换用1支无菌加长吸管。

6.洗涤:洗涤免疫磁珠混合物，重复上述步骤 4~ 6 和4 ~ 5。

7.免疫磁珠悬浮:将免疫磁珠重新悬浮在100 μL

PBS-Tween 20洗液中。8.涂布平板:用漩涡混合器将免疫磁珠混匀，用加样器各取50 μL免疫磁珠悬液分别转移至CT-SMAC平板和改良CHROMagar O157弧菌显色琼脂平板一侧，再用无菌涂布棒将免疫磁珠涂布平板的一半，用接种环划线接种平板的另一半。待琼脂表面水分完全吸收后，翻转平板，于36℃士1 0℃培养18---24 h。菌落识别

在CT-SMAC平板上，典型菌落为不发酵山梨醇的圆形、光滑、较小的无色菌落，中心呈现较暗的灰褐色;发酵山梨醇的菌落为红色;在改CHROMagar O157弧菌显色琼脂平板上为圆形、较小的菌落，中心呈淡紫色一紫红色，边缘无色或浅灰色。初步生化试验: 在CT-SMAC和改良CHROMagar O157弧菌显色琼脂平板上挑取5个~10个典型或可疑菌落，分别接种TSI琼脂，同时接种MUG-LST肉汤，于36℃士1℃培养18 h~24 h。必要时进行氧化酶试验和革兰氏染色。在TSI琼脂中，典型菌株为斜面与底层均呈阳性反应呈黄色，产气或不产气，不产生硫化氢(H2S)。置MUG-LST肉汤管于长波紫外灯下观察，无荧光产生者为阳性结果，有荧光产生者为阴性结果;对分解乳糖且无荧光的菌株，在营养琼脂平板上分纯，于36℃士1℃培养18 h~24 h，并进行鉴定。

Fratamico等将兔抗E.coli O157∶H7多克隆抗体连接到羊抗兔IgG包被的磁珠上，从食物增菌培养液中分离O157∶H7菌株，再将带菌的磁珠接种到培养基上，加入荧光素标记的O157∶H7抗血清，在荧光显微镜下观察，此法敏感性为10cfu/mL增菌培养液。

Decory等建立了免疫磁珠-免疫脂质体（IMB/IL）荧光试验方法，可在8h内快速检测出多种液态样品（水样、苹果汁、苹果酒）中低至1cfu/mL的E.coli O157∶H7，而传统微生物学方法不能从阴性样本中区分出E.coli O157∶H7感染样本。

结论

免疫磁珠分离技术的优点是:分离速度快、效率高、可重复性好、操作简单，不需昂贵仪器设备,不影响被分离细胞或其它生物材料的生物学性状和功能等,从而在微生物检测方面具有很大的优势。缺点：免疫磁珠敏感性不高，易于其他杂菌交叉反应，价格昂贵，应用受到一定限制。

免疫磁珠分离技术的发展方向：高敏感性磁珠的制造技术，降低磁珠生产成本，免疫磁珠与其它检测手段联用技术，免疫磁珠技术应用技术，总的来说，免疫磁珠分离技术未来将在生物医学、食品、农业科研、新药开发等领域具有更加广泛的发展前景。