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朱振刚 日记

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膜分离技术  

2012-01-20 16:11:17|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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    膜分离技术是一种常温下无相变的高效、节能的分离、提纯、浓缩新技术。其基本原理是利用自然或人工合成的、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,可用于液相和气相。对于液相分离,可用于水溶液体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有其他微粒的水溶液体系。分离膜多数是固体(目前大部分膜材料是有机高分子),也可以是液体。它们共同之处是对被其分离的体系具有选择性透过的能力。
根据膜的种类可分为微滤、超滤、反渗透、纳滤、透析、电渗析、渗透气化和气体分离。
膜分离技术的特点:
(1)膜分离过程不发生相变化,与有相变化的分离法和其他分离法相比,能耗要低。
(2)膜分离过程是在常温下进行,因而特别适用于对热敏感的物质,假如汁、酶、药品等的分离、分级、浓缩与富集。
(3)膜分离技术不仅适用于有机物和无机物,从病毒、细菌到微粒的广泛分离的范围,而且还适用于很多特殊溶液体系的分离,如溶液中大分子与无机盐的分离、一些共沸物或近沸点物系的分离等。
(4)由于只是用压力作为膜分离的推动力,因此分离装置简单,操纵轻易,易自控、维修。
透析
自Thomas Graham 1861年发明透析方法至今已有一百多年。透析已成为生物化学实验室最简便最常用的分离纯化技术之一。在生物大分子的制备过程中,除盐、除少量有机溶剂、除往生物小分子杂质和浓缩样品等都要用到透析的技术。
透析只需要使用专用的半透膜即可完成。通常是将半透膜制成袋状,将生物大分子样品溶液置进袋内,将此透析袋浸进水或缓冲液中,样品溶液中的大分子量的生物大分子被截留在袋内,而盐和小分子物质不断扩散透析到袋外,直到袋内外两边的浓度达到平衡为止。保存在透析袋内未透析出的样品溶液称为”保存液”,袋(膜)外的溶液称为”渗出液”或”透析液”。
透析的动力是扩散压,扩散压是由横跨膜两边的浓度梯度形成的。透析的速度反比于膜的厚度,正比于欲透析的小分子溶质在膜内外两边的浓度梯度,还正比于膜的面积和温度,通常是4℃透析,升高温度可加快透析速度。
透析膜可用动物膜和玻璃纸等,但用的最多的还是用纤维素制成的透析膜,目前常用的是美国Union Carbid(联合碳化物公司)和美国光谱医学公司生产的各种尺寸的透析管,截留分子量MwCO(即留在透析袋内的生物大分子的最小分子量,缩写为MwCO)通常为1万左右。
商品透析袋制成管状,其扁平宽度为23 mm~50 mm 不等。为防干裂,出厂时都用10%的甘油处理过,并含有极微量的硫化物、重金属和一些具有紫外吸收的杂质,它们对蛋白质和其它生物活性物质有害,用前必须除往。可先用50%乙醇煮沸1小时,再依次用50%乙醇、0.01 mol/L 碳酸氢钠和0.001mol/LEDTA 溶液洗涤,最后用蒸馏水冲洗即可使用。实验证实,50%乙醇处理对除往具有紫外吸收的杂质特别有效。使用后的透析袋洗净后可存放于4℃蒸馏水中,若长时间不用,可加少量NaN2,以防长菌。洗净凉干的透析袋弯折时易裂口,用时必须仔细检查,不漏时方可重复使用。新透析袋也可用沸水煮五至十分钟,再用蒸馏水洗净,即可使用。
使用时透析袋,一端用橡皮筋或线绳扎紧,也可以使用特制的透析袋夹夹紧,由另一端灌满水,用手指稍加压,检查不漏,方可装进待透析液,通常要留三分之一至一半的空间,以防透析过程中,透析的小分子量较大时,袋外的水和缓冲液过量进进袋内将袋涨破。含盐量很高的蛋白质溶液透析过夜时,体积增加50%是正常的。为了加快透析速度,除多次更换透析液外,还可使用磁力搅拌。透析的容器要大一些,可以使用大烧杯、大量筒和塑料桶。小量体积溶液的透析,可在袋内放一截两头烧园的玻璃棒或两端封口的玻璃管,以使透析袋沉进液面以下。检查透析效果的方法是:用1% BaCl2检查(NH4)2SO4,用1% AgNO3 检查NaCl、KCl 等。

为了进步透析效率,还可以使用各种透析装置。使用者也可以自行设计与制作各种简易的透析装置。美国生物医学公司(Biomed Instruments Inc.)生产的各种型号的Zeineh 透析器,由于使用对流透析的原理,使透析速度和效率大大进步。


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