制药分离工程思考题和练习题答案(3)

2019-08-31 22:43

之间发生了电子转移、原子重排或化学键的破坏与生成现象。

离子交换 指能够解离的不溶性固体物质在与溶液接触时可与溶液中的离子发生离子交换反应。

色谱法 以试样组分在固定相和流动相间的溶解、吸附、分配、离子交换或其他亲和作用的差异为依据而建立起来的各种分离分析方法。分离原理:色谱分离过程的实质是溶质在不互溶的固定相和流动相之间进行的一种连续多次的交换过程,它借助溶质在两相间分配行为的差别而使不同的溶质分离.不同组分在色谱过程中的分离情况首先取决于各组分在而相间的分配系数、吸附能力、亲和力等是否有差异。电泳 是指带电荷的供试品(蛋白质、核酸等)在惰性支持介质中(如纸、醋酸纤维素、琼脂糖凝胶、聚丙烯酸胺凝胶等),于电场作用下向其对应的电极方向按各自的速度进行泳动,使组分分离成狭窄区带,用适宜的检测方法记录其电泳区带图谱或计算其百分含量的方法。

电渗 在电场作用下液体对于固体支持物的相对移动。 结晶 固体物质以晶体状态从蒸汽、溶液或熔融物中析出的过程。

熔融结晶 根据待分离物质之间的凝固点不同而实现物质的结晶分离的过程。 间歇精馏 一次性的将液体混合物加入釜内,然后进行精馏获得各种较纯组分产品的过程。

水蒸汽蒸馏 在被分离的混合物中直接通入水蒸气后,当混合物各组分的蒸汽分压和水蒸气的分压之和等于操作压力时,系统便开始沸腾。水蒸气和被分离组分的蒸汽一起蒸出,在塔顶产品和水几乎不互溶的情况下,馏出液经过冷凝后可以分层,把水除掉即得产品。工业上把这种操作称为水蒸气蒸馏。

分子蒸馏 也称短程蒸馏,是一种在高真空度条件下进行非平衡分离操作的连续蒸馏过程。 二、反胶团

1、反胶团的概念、结构特征 概念:反胶团是两性表面活性剂分散于连续有机相中的一种自发形成的纳米级别的聚集体。结构特征:亲水基团(头)朝内,疏水基团(尾)朝外,含有水分子内核的纳米级别的集合型胶体。

2、临界胶束浓度的概念、在反胶团萃取工艺中确定临界胶束的意义 临界胶束浓度(CMC):是胶束形成时所需表面活性剂的最低浓度,这是体系特性,与表面活性剂的化学结构、溶剂温度和压力等因素有关。 在反胶团萃取工艺中确定临界胶束浓度义:在反胶团萃取工艺中必须确定临界胶束浓度,因为在水中的表面活性剂低浓度时呈分子状态,并且三三两两地把亲油基团靠拢而分散在水中,当浓度逐渐增大到CMC时,许多表面活性剂分子立刻结

合成大基团,形成反胶束。临界胶束浓度是表面活性剂溶液性质发生显著变化的一个分水岭,当表面活性剂的度超过CMC后,才能形成反胶团结构。 3、反胶团萃取工艺解决的主要问题

主要有两点:① 解决了大分子物质萃取时的生物活性问题。常规液液萃取中的油相通常是有机溶剂,会使蛋白质等生物活性物质失活,而反胶团萃取过程中蛋白质因位于反胶团的内部而受到反胶团的保护;② 解决了蛋白质等亲水性物质的溶解度问题。由于反胶团内部的微水相环境,有利于蛋白质等亲水性物质的萃取。

4、反胶团水池直径计算公式中W0的含义是什么?W0的大小对池水的性质有什么影响?

W0:有机相中水与表面活性剂的摩尔比,即含水率;

当W0较小时,水池中的水与表面活性剂发生水合化,粘度大、流动性差,而且形成反胶团的半径较小,不适合萃取蛋白质;当W0太大时,微水相就会与水相的粘度相当,而且反胶团的半径也会很大,反胶团就不稳定,容易破碎。 5、简述反胶团萃取工艺

① 先调节水相的pH,调节pH的原则是:使蛋白质带电性与表面活性剂电性相反,即,当表面活性剂带正点时,调节pH使pH>pI; 当表面活性剂带负点时,调节pH使pH

③ 静置分层,上层为含有大量的包裹着蛋白质的反胶团的油相,下层为水相; ④ 将分层后的油相分离出来,并向其中加入少量的水相纯溶剂,搅拌破坏反胶团结构,使其中的蛋白质充分溶解于水相中;

⑤ 静置分层,上层为含有大量蛋白质的水相,下层为油相; ⑥ 分离出上层水相中的蛋白质。

6、静电作用力、离子强度、蛋白质分子量是如何影响反胶团萃取效率的? ① 静电作用力是反胶团萃取的决定性因素,水相pH决定了蛋白质表面电荷状态,从而对萃取过程造成影响,只有当反胶束内表面电荷与蛋白质表面电荷相反时,两者产生静电引力,蛋白质才有可能进入反胶团。

② 离子强度即盐浓度影响蛋白质与表面活性剂极性头之间的静电引力作用,这是由于离解的反离子在表面活性剂极性头的附近建立了双电层,成为德拜屏蔽,从而缩短了静电吸引力的作用范围,抑制了蛋白质的萃取。因此在萃取时要尽量避免后者的影响。

③ 蛋白质分子量对反胶团萃取效率的影响体现在位阻效应上,蛋白质这种亲水性物质可以通过溶入反胶束“水池”来达到他们溶于非水溶剂中的目的,但是反胶束“水池”的物理性(大小、形状等)及其中水的活度都可以用W0的变化来调节,并且会影响大分子的增溶或排斥,达到选择萃取的目的,这就是空间位阻效应。

三、超临界萃取 1、超临界流体概念

超临界流体是指温度和压力同时超过临界值且密度接近液体的气体。 2、超临界流体的基本特性

① 密度和溶剂化能力接近液体 ②超临界流体的扩散系数介于气态和液态之间,其粘度接近气体;③当流体状态接近临界区时,蒸发热会急剧下降,至临界点处则气—液相界面消失,蒸发焓为零,比热容也变为无限大。②流体在临界点附近

的压力或温度的微小变化会导致超临界流体密度相当大的变化,从而使溶质在流体中的溶解度也产生相当大的变化。这是超临界萃取工艺的设计基础; 3、实现超临界萃取的工艺基础(笔记)

流体在临界点附近的压力或温度的微小变化会导致超临界流体密度相当大的变化,从而使溶质在流体中的溶解度也产生相当大的变化。 4、超临界基本概念图、相图(书)

5、为什么适宜的超临界萃取操作温度为0.9~1.4;萃取操作压力为1~4(结合相图)P84

此时温度或压力稍低于临界值时的高压液体,称之为压临界流体。亚临界流体密度高,其传质性质介于液体和超临界流体之间。人们也常把这一区域的亚临界流体萃取包括在内而泛称为超临界萃取。在阴影部分所示区域里,超临界流体有极大的压缩性。溶剂的对比密度可从气体般得对比密度变化到液体般得对比密度。这样,一方面可在较高密度下对萃取物进行超临界萃取,另一方面,又可通过调节压力和温度是溶剂的密度大大降低,从而降低其萃取能力,使溶剂与萃取物得到有效分离。

6、超临界萃取工艺流程中萃取器与分离器中的现象?引起现象的原因。(作业第三题)

萃取器中利用萃取剂接近的液体密度和溶剂化能力及低粘度特性将提取物溶解于超临界流体的萃取物。 在分离器中通过减压阀进行节流膨胀以便降低超临界流体的密度,从而实现萃取物与溶剂的分离。 原因是处于超临界的流体有较高的密度,同时可以通过调节温度和压力使溶剂的密度大大降低,从而降低其萃取能力,实现分离。

7、CO2作为超临界流体的特征

优势:①CO2 临界温度为31.30C,接近室温。在分离提取具有热敏性、易氧化分解的成分方面具有广阔的应用前景。②CO2临界压力为7.37MPa为中等压力。通常萃取条件的选择的适宜的对比压力区域(pr1~6)区域,目前的工业水平其超临界状态一般易于达到。③ CO2具有抗氧化、灭菌作用,有利于保证和提高天然物产品的质量④CO2 无毒、无味、无臭、不燃、不腐蚀、价格便宜、易于精制、易于回收等特点。SC- CO2萃取无溶剂残留问题,属于环境无害工艺。⑤CO2密度是常用萃取剂中最高的。超临界CO2流体对有机物有很强的溶解能力和良好的选择性。

缺点:与传统的有机溶剂萃取比较,超临界CO2流体萃取也存在一定的局限性:1)其对脂溶性成分的溶解能力较强而对水溶性成分的溶解能力较低;2)设备造价高,比较适用于高附加值产品的提取;3)更换产品时设备清洗较为困难。 8、夹带剂在哪些方面影响溶质在超临界CO2流体中的选择性和溶解性的? ① 夹带剂可以显著改变超临界CO2溶剂系统的极性,改善流体的溶剂换能力,提高被分离组分在超临界CO2流体中的溶解度,并相应地降低超临界CO2流体萃取过程的操作压力,从而大大拓宽超临界CO2流体在萃取天然物质方面的应用; ② 加入与溶质起特殊作用的夹带剂,可极大地提高超临界CO2流体对该溶质的选择性;

③ 提高溶质在超临界CO2流体中的溶解度对温度、压力的敏感程度,在萃取压力基本不变的情况下,通过单独改变温度来实现分离的目的; ④ 作为反应物参与反应,以提高产品的萃取率;

⑤ 改变溶剂的临界参数。当萃取温度受到限制时(如热敏性物质),溶剂的临界

温度越接近于溶质的最高操作温度,溶质的溶解度越高,当用单组份溶剂不能满足这一要求时,可使用混合溶剂。

9、超临界萃取的基本操作模式,简述流程(作业第四题) 10、如何实现夹带剂与主萃取剂的分离(作业第五题第三问) 与单一组分的超临界萃取—分离过程相似,使用夹带剂的超临界萃取的分离也可通过降压、升温或恒温恒压吸附使溶质与SCF分离。只要保证降压或升温的程度足以使混溶态的SCF进入其气—液平衡区,以保证夹带剂变为液态后与萃取出的溶质在分离柱内与变成气态的主萃取溶剂分离。P92 四、膜分离过程

1、按分离过程推动力类型的不同,膜分离可以分为哪些类型? 按推动力类型的不同,膜分离过程可以分为四种类型: 以静压力差为推动力的过程:微滤、超滤、反渗透、纳滤。 以气体分压差为推动力的过程:气体膜分离、渗透汽化。 以浓度梯度差为推动力的过程——透析 以电位差为推动力的过程——电渗析 4、渗透汽化工艺简述

渗透汽化是一个既有质量又有热量通过膜的传递过程。离开膜的物料温度和浓度都与原加入料液不同。一般用均质膜和复合膜,起到分离作用的活性层为表面极薄的均质膜。分离机理通常用溶解—扩散模型来描述。 5、透析的基本原理

透析是穿过膜的选择扩散过程,可用于分离分子量大小不同的溶质,低于膜所截留阀值分子的物质可扩散穿过膜,高于膜截留阀值分子量的物质则被保留在半透膜的另一侧。 一、液液萃取

1、萃取三角相图概念(书、图)

2、杠杆原理:① 和点差点的三点共线关系;② 质量比与力臂长度比之间的反比关系(理解图解法)

3、单级萃取工艺流程图及其与三角相图的对应关系(在相图上找F、S;互为平衡的E、R点;萃取液、萃余液位置)(书) 4、图解计算单级液液萃取的萃取剂S、E、E’、的流量、组成(笔记) 5、图解计算多级错流、逆流的理论平衡级数(笔记) 6、代数法计算液液萃取的萃取率(书P53例题、公式)

制药工业包括:生物制药、化学合成制药、中药制药;生物药物、化学药物与中药构成人类防病、治病的三大药源。原料药的生产包括两个阶段:第一阶段,将基本的原材料通过化学合成、微生物发酵或酶催化反应或提取而获得含有目标药物成分的混合物。第二阶段,常称为生产的下游过程,主要是采用适当的分离技术,将反应产物或中草药粗品中的药物或分纯化成为药品标准的原料药。分离操作通常分为机械分离和传质分离两大类。

萃取属于传质过程 浸取是中药有效成分的提取中最常用的。浸取操作的三种基本形式:单级浸取,多级错流浸取,多级逆流浸取。中药材中所含的成分:①有效成分 ②辅助成分 ③无效成分 ④组织物 浸取的目的:选择适宜的溶剂和方法,充分浸出有效成分及辅助成分,尽量减少或除去无效成分。对中药材的浸取过程:湿润、渗透、解吸、溶解及扩散、置换。

浸取溶剂选择的原则:①、对溶质的溶解度足够大,以节省溶剂用量。②、与溶

剂之间有足够大的沸点差,以便于采用蒸馏等方法回收利用。③、溶质在统计中的扩散系数大和粘度小。④、价廉易得,无毒,腐蚀性小。浸取辅助剂的作用:①、提高浸取溶剂的浸取效能。②、增加浸取成分在溶剂中的溶解度。③、增加制品的稳定性。④、除去或减少某些杂质。浸取过程的影响因素:①、药材的粒度。②、浸取的温度。③、溶剂的用量及提取次数。④、浸取的时间。⑤、浓度差。⑥、溶剂的PH值。⑦、浸取的压力。浸出的方法:浸渍、煎煮、渗漉。超声波协助浸取,基本作用机理:热学机理、机械机理、空化作用。超声波的空化作用:大能量的超声波作用在液体里,当液体处于稀疏状态时,液体将会被撕裂成很多小的空穴,这些空穴一瞬间闭合,闭合时产生高达几千大气压的瞬间压力,即称为空化效应。微波协助浸取特点:浸取速度快、溶剂消耗量小。局限性:只适用于对热稳定的产物,要求被处理的物料具有良好的吸水性。萃取分离的影响因素:①、随区级的影响与选择原则。②、萃取剂与原溶剂的互溶度。③、萃取剂的物理性质。④、萃取剂的化学性质。破乳的方法:①、顶替法(加入表面活性更强的物质)②、变型法(加入想法的界面活性剂)③、反应法 ④、物理法 超临界流体的主要特征:①、超临界的密度接近于液体。 ②、超临界流体的扩散系数介于气态与液体之间,其粘度接近气体。③、当流体接近临界区时,蒸发热会急剧下降,有利于传热和节能。④、流体在其临界点附近的压力或温度的微小变化都会导致流体密度相当大的变化,从而使溶质在流体中的溶解度也产生相当大的变化。

1二氧化碳作为萃取剂,这主要是由它的如下几个优异特性决定:

① 临界温度低(Tc=31.3℃),接近室温;该操作温度范围适合于分离热敏性物质,可防止热敏性物质的氧化和降解,使沸点高、挥发度低、易热解的物质远在其沸点之下被萃取出来。② 临界压力(7 . 38MPa )处于中等压力,就目前工业水平其超临界状态一般易于达到。③ 具有无毒、无味、不燃、不腐蚀、价格便宜、易于精制、易于回收等优点。因而,SC-CO2 萃取无溶剂残留问题,属于环境无害工艺。故SC-CO2萃取技术被广泛用于对药物、食品等天然产品的提取和纯化研究方面。④ SC-CO2还具有抗氧化灭菌作用,有利于保证和提高天然物产品的质量。 2分子蒸馏过程的特点

分子蒸馏在极高的真空度下进行, 且蒸发面与冷凝面距离很小,因此在蒸发分子由蒸发面飞射至冷凝面的进程中彼此发生碰撞几率小 2分子蒸馏过程中,蒸汽分子由蒸发面逸出后直接飞射至冷凝面上,理论上没有返回蒸发面的可能,故分子蒸馏过程为不可逆过程③分子蒸馏的分离能力不但与各组分间的相对挥发度有关,而且与各组分的分于量有关。④分子蒸馏是液膜表面的自由蒸发过程,没有鼓泡、沸腾现象。 3结晶过程的特点

1) 能从杂质含量相当多的溶液或多组分的熔融混合物中形成纯净的晶体。有时用其他方法难以分离的混合物系,采用结晶分离更为有效。如同分异构体混合物、共沸物系、热敏性物系等。2) 固体产品有特定的晶体结构和形态(如晶形、粒度分布等)。 3) 能量消耗少,操作温度低,对设备材质要求不高,三废排放少,有利于环境保护。

4) 结晶产品包装、运输、储存或使用都很方便。 4 降低膜的污染和劣化的方法

1)预处理法 ;有热处理、调节pH值、加螯合剂(EDTA等)、氯化、活性炭吸附、


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