離子交換四個階段
A. 化學科學的形成和發展主要經過哪三個階段
不是很清楚到底有哪3個階段,不過有關的歷史資料可以給你看下。
16世紀開始,歐洲工業生產蓬勃興起,推動了醫葯化學和冶金化學的創立和發展,使煉金術轉向生活和實際應用,繼而更加註意物質化學變化本身的研究。在元素的科學概念建立後,通過對燃燒現象的精密實驗研究,建立了科學的氧化理論和質量守恆定律,隨後又建立了定比定律、倍比定律和化合量定律,為化學進一步科學的發展奠定了基礎。 19世紀初,建立了近代原子論,突出地強調了各種元素的原子的質量為其最基本的特徵,其中量的概念的引入,是與古代原子論的一個主要區別。近代原子論使當時的化學知識和理論得到了合理的解釋,成為說明化學現象的統一理論。分子假說提出了,建立了原子分子學說,為物質結構的研究奠定了基礎。門捷列夫發現元素周期律後,不僅初步形成了無機化學的體系,並且與原子分子學說一起形成化學理論體系。 通過對礦物的分析,發現了許多新元素,加上對原子分子學說的實驗驗證,經典性的化學分析方法也有了自己的體系。草酸和尿素的合成、原子價概念的產生、苯的六環結構和碳價鍵四面體等學說的創立、酒石酸拆分成旋光異構體,以及分子的不對稱性等等的發現,導致有機化學結構理論的建立,使人們對分子本質的認識更加深入,並奠定了有機化學的基礎。 19世紀下半葉,熱力學等物理學理論引入化學之後,不僅澄清了化學平衡和反應速率的概念,而且可以定量地判斷化學反應中物質轉化的方向和條件。相繼建立了溶液理論、電離理論、電化學和化學動力學的理論基礎。物理化學的誕生,把化學從理論上提高到一個新的水平。 二十世紀的化學是一門建立在實驗基礎上的科學,實驗與理論一直是化學研究中相互依賴、彼此促進的兩個方面。進入20世紀以後,由於受到自然科學其他學科發展的影響,並廣泛地應用了當代科學的理論、技術和方法,化學在認識物質的組成、結構、合成和測試等方面都有了長足的進展,而且在理論方面取得了許多重要成果。在無機化學、分析化學、有機化學和物理化學四大分支學科的基礎上產生了新的化學分支學科。 近代物理的理論和技術、數學方法及計算機技術在化學中的應用,對現代化學的發展起了很大的推動作用。19世紀末,電子、X射線和放射性的發現為化學在20世紀的重大進展創造了條件。 在結構化學方面,由於電子的發現開始並確立的現代的有核原子模型,不僅豐富和深化了對元素周期表的認識,而且發展了分子理論。應用量子力學研究分子結構,產生了量子化學。 從氫分子結構的研究開始,逐步揭示了化學鍵的本質,先後創立了價鍵理論、分子軌道理論和佩位場理論。化學反應理論也隨著深入到微觀境界。應用X射線作為研究物質結構的新分析手段,可以洞察物質的晶體化學結構。測定化學立體結構的衍射方法,有X射線衍射、電子衍射和中子衍射等方法。其中以X射線衍射法的應用所積累的精密分子立體結構信息最多。 研究物質結構的譜學方法也由可見光譜、紫外光譜、紅外光譜擴展到核磁共振譜、電子自選共振譜、光電子能譜、射線共振光譜、穆斯堡爾譜等,與計算機聯用後,積累大量物質結構與性能相關的資料,正由經驗向理論發展。電子顯微鏡放大倍數不斷提高,人們以可直接觀察分子的結構。 經典的元素學說由於放射性的發現而產生深刻的變革。從放射性衰變理論的創立、同位素的發現到人工核反應和核裂變的實現、氘的發現、中子和正電子及其它基本粒子的發現,不僅是人類的認識深入到亞原子層次,而且創立了相應的實驗方法和理論;不僅實現了古代煉丹家轉變元素的思想,而且改變了人的宇宙觀。 作為20世紀的時代標志,人類開始掌握和使用核能。放射化學和核化學等分支學科相繼產生,並迅速發展;同位素地質學、同位素宇宙化學等交叉學科接踵誕生。元素周期表擴充了,以有109號元素,並且正在探索超重元素以驗證元素「穩定島假說」。與現代宇宙學相依存的元素起源學說和與演化學說密切相關的核素年齡測定等工作,都在不斷補充和更新元素的觀念。 在化學反應理論方面,由於對分子結構和化學鍵的認識的提高,經典的、統計的反應理論以進一步深化,在過渡態理論建立後,逐漸向微觀的反應理論發展,用分子軌道理論研究微觀的反應機理,並逐漸建立了分子軌道對稱守恆定律和前線軌道理論。分子束、激光和等離子技術的應用,使得對不穩定化學物種的檢測和研究成為現實,從而化學動力學已有可能從經典的、統計的宏觀動力學深入到單個分子或原子水平的微觀反應動力學。 計算機技術的發展,使得分子、電子結構和化學反映的量子化學計算、化學統計、化學模式識別,以及大規模術技的處理和綜合等方面,都得到較大的進展,有的已經逐步進入化學教育之中。關於催化作用的研究,以提出了各種模型和理論,從無機催化進入有機催化和僧物催化,開始從分子微觀結構和尺寸的角度核生物物理有機化學的角度,來研究酶類的作用和酶類的結構與其功能的關系。 分析方法和手段是化學研究的基本方法和手段。一方面,經典的成分和組成分析方法仍在不斷改進,分析靈敏度從常量發展到微量、超微量、痕量;另一方面,發展初許多新的分析方法,可深入到進行結構分析,構象測定,同位素測定,各種活潑中間體如自由基、離子基、卡賓、氮賓、卡拜等的直接測定,以及對短壽命亞穩態分子的檢測等。分離技術也不斷革新,離子交換、膜技術、色譜法等等。 合成各種物質,是化學研究的目的之一。在無機合成方面,首先合成的是氨。氨的合成不僅開創了無機合成工業,而且帶動了催化化學,發展了化學熱力學和反應動力學。後來相繼合成的有紅寶石、人造水晶、硼氫化合物、金剛石、半導體、超導材料和二茂鐵等配位化合物。 在電子技術、核工業、航天技術等現代工業技術的推動下,各種超純物質、新型化合物和特殊需要的材料的生產技術都得到了較大發展。稀有氣體化合物的合成成功又向化學家提出了新的挑戰,需要對零族元素的化學性質重新加以研究。無機化學在與有機化學、生物化學、物理化學等學科相互滲透中產生了有機金屬化學、生物無機化學、無機固體化學等新興學科。 酚醛樹脂的合成,開辟了高分子科學領域。20世紀30年代聚醯胺纖維的合成,使高分子的概念得到廣泛的確認。後來,高分子的合成、結構和性能研究、應用三方面保持互相配合和促進,使高分子化學得以迅速發展。 各種高分子材料合成和應用,為現代工農業、交通運輸、醫療衛生、軍事技術,以及人們衣食住行各方面,提供了多種性能優異而成本較低的重要材料,成為現代物質文明的重要標志。高分子工業發展為化學工業的重要支柱。 20世紀是有機合成的黃金時代。化學的分離手段和結構分析方法已經有了很大發展,許多天然有機化合物的結構問題紛紛獲得圓滿解決,還發現了許多新的重要的有機反應和專一性有機試劑,在此基礎上,精細有機合成,特別是在不對稱合成方面取得了很大進展。 一方面,合成了各種有特種結構和特種性能的有機化合物;另一方面,合成了從不穩定的自由基到有生物活性的蛋白質、核酸等生命基礎物質。有機化學家還合成了有復雜結構的天然有機化合物和有特效的葯物。這些成就對促進科學的發展起了巨大的作用;為合成有高度生物活性的物質,並與其他學科協同解決有生命物質的合成問題及解決前生命物質的化學問題等,提供了有利的條件。 20世紀以來,化學發展的趨勢可以歸納為:由宏觀向微觀、由定性向定量、由穩定態向亞穩定態發展,由經驗逐漸上升到理論,再用於指導設計和開創新的研究。一方面,為生產和技術部門提供盡可能多的新物質、新材料;另一方面,在與其它自然科學相互滲透的進程中不斷產生新學科,並向探索生命科學和宇宙起源的方向發展。
東西多了點,詳細資料可以看http://ke..com/view/2507.htm?fr=ala0_1_1#3
B. 慢性腎衰竭可以分為幾期呢
慢性腎衰竭()時稱尿毒症,不是一種獨立的疾病,是各種病因引起腎臟損害並進行性惡化,當發展到終末期,腎功能接近於正常10%~15%時,出現一系列的臨床綜合症狀。由於腎功能損害多是一個較長的發展過程,不同階段,有其不同的程度和特點,傳統上將腎功能水平分成以下幾期:
1.腎功能代償期: 腎小球濾過率(GFR) ≥正常值1/2時,血尿素氮和肌酐不升高、體內代謝平衡,不出現症狀(血肌酐(Scr)在133~177μmol/L(2mg/dl))。
2.腎功能不全期: 腎小球濾過率(GFR)<正常值50%以下,血肌酐(Scr)水平上升至177μmol/L(2mg/dl)以上,血尿素氮(BUN)水平升高>7.0mmol/L(20mg/dl),病人有乏力,食慾不振,夜尿多,輕度貧血等症狀。
3.腎功能衰竭期: 當內生肌酐清除率(Ccr)下降到20ml/min以下,BUN水平高於17.9~21.4mmol/L(50~60mg/dl),Scr升至442μmol/L(5mg/dl)以上,病人出現貧血,血磷水平上升,血鈣下降,代謝性酸中毒,水、電解質紊亂等。
4.尿毒症終末期: Ccr在10ml/min以下,Scr升至707μmol/L以上,酸中毒明顯,出現各系統症狀,以致昏迷。
治療方法:
(一)飲食治療
1.給予優質低蛋白飲食0.6克/(公斤體重·天)、富含維生素飲食,如雞蛋、牛奶和瘦肉等優質蛋白質。病人必須攝入足量熱卡,一般為30~35千卡/(公斤體重·天)。必要時主食可採用去植物蛋白的麥澱粉。
2.低蛋白飲食加必需氨基酸或α-酮酸治療,應用α-酮酸治療時注意復查血鈣濃度,高鈣血症時慎用。在無嚴重高血壓及明顯水腫、尿量>1000ml/天者,食鹽2~4克/天。
(二)葯物治療
CRF葯物治療的目的包括:①緩解CRF症狀,減輕或消除病人痛苦, 提高生活質量;②延緩CRF病程的進展,防止其進行性加重;③防治並發症,提高生存率。
1.糾正酸中毒和水、電解質紊亂
(1)糾正代謝性中毒 代謝性酸中毒的處理,主要為口服碳酸氫鈉(NaHCO3)。中、重度病人必要時可靜脈輸入,在72小時或更長時間後基本糾正酸中毒。對有明顯心功能衰竭的病人,要防止NaHCO3輸入總量過多,輸入速度宜慢,以免使心臟負荷加重甚至心功能衰竭加重。
(2)水鈉紊亂的防治 適當限制鈉攝入量,一般NaCl的攝入量應不超過6~8g/d。有明顯水腫、高血壓者,鈉攝入量一般為2~3g/d(NaCl攝入量5~7g/d),個別嚴重病例可限制為1~2g/d(NaCl 2.5~5g)。也可根據需要應用襻利尿劑(呋塞米、布美他尼等),噻嗪類利尿劑及貯鉀利尿劑對CRF病(Scr >220μmol/L)療效甚差,不宜應用。對急性心功能衰竭嚴重肺水腫者,需及時給單純超濾、持續性血液濾過(如連續性靜脈-靜脈血液濾過)。
對慢性腎衰病人輕、中度低鈉血症,一般不必積極處理,而應分析其不同原因,只對真性缺鈉者謹慎地進行補充鈉鹽。對嚴重缺鈉的低鈉血症者,也應有步驟地逐漸糾正低鈉狀態。
(3)高鉀血症的防治 腎衰竭病人易發生高鉀血症,尤其是血清鉀水平>5.5mmol/L時,則應更嚴格地限制鉀攝入。在限制鉀攝入的同時,還應注意及時糾正酸中毒,並適當應用利尿劑(呋塞米、布美他尼等),增加尿鉀排出,以有效防止高鉀血症發生。
對已有高鉀血症的病人,除限制鉀攝入外,還應採取以下各項措施:①積極糾正酸中毒,必要時(血鉀>6mmol/L)可靜滴碳酸氫鈉。②給予襻利尿劑:最好靜脈或肌肉注射呋塞米或布美他尼。③應用葡萄糖-胰島素溶液輸入。④口服降鉀樹脂:以聚苯乙烯磺酸鈣更為適用,因為離子交換過程中只釋放離鈣,不釋放出鈉,不致增加鈉負荷。⑤對嚴重高鉀血症(血鉀>6.5mmol/L),且伴有少尿、利尿效果欠佳者,應及時給予血液透析治療。
2.高血壓的治療
對高血壓進行及時、合理的治療,不僅是為了控制高血壓的某些症狀,而且是為了積極主動地保護靶器官(心、腎、腦等)。血管緊張素轉化酶抑制劑(ACEI)、血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑(ARB)、鈣通道拮抗劑、襻利尿劑、β-阻滯劑、血管擴張劑等均可應用,以ACEI、ARB、鈣拮抗劑的應用較為廣泛。透析前CRF病人的血壓應<130/80mmHg,維持透析病人血壓一般不超過140/90mmHg即可。
3.貧血的治療和紅細胞生成刺激劑(ESA)的應用
當血紅蛋白(Hb)<110g/L或紅細胞壓積(Hct)<33%時,應檢查貧血原因。如有缺鐵,應予補鐵治療,必要時可應用ESA治療,包括人類重組紅細胞生成素(rHuEPO)、達依泊丁等,直至Hb上升至110~120g/L。
4.低鈣血症、高磷血症和腎性骨病的治療
當GFR<50ml/min後,即應適當限制磷攝入量(<800~1000mg/d)。當GFR<30ml/min時,在限制磷攝入的同時,需應用磷結合劑口服,以碳酸鈣、枸椽酸鈣較好。對明顯高磷血症(血清磷>7mg/dl)或血清Ca、P乘積>65(mg2/dl2)者,則應暫停應用鈣劑,以防轉移性鈣化的加重。此時可考慮短期服用氫氧化鋁制劑或司維拉姆,待Ca、P乘積<65(mg2/dl2)時,再服用鈣劑。
對明顯低鈣血症病人,可口服1,25(OH)2D3(鈣三醇);連服2~4周後,如血鈣水平和症狀無改善,可增加用量。治療中均需要監測血Ca、P、PTH濃度,使透析前CRF病人血IPTH保持在35~110pg/ml;使透析病人血鈣磷乘積 <55mg2/dl2(4.52mmol2/L2),血PTH保持在150~300pg/ml。
5.防治感染
平時應注意防止感冒,預防各種病原體的感染。抗生素的選擇和應用原則,與一般感染相同,唯劑量要調整。在療效相近的情況下,應選用腎毒性最小的葯物。
6.高脂血症的治療
透析前CRF病人與一般高血脂者治療原則相同,應積極治療。但對維持透析病人,高脂血症的標准宜放寬,如血膽固醇水平保持在250~300mg/dl,血甘油三酯水平保持在150~200mg/dl為好。
7.口服吸附療法和導瀉療法
口服吸附療法(口服氧化澱粉或活性炭制劑)、導瀉療法(口服大黃制劑)、結腸透析等,均可利用胃腸道途徑增加尿毒症毒素的排出。上述療法主要應用於透析前CRF病人,對減輕病人氮質血症起到一定輔助作用。
8.其他
(1)糖尿病腎衰竭病人 隨著GFR不斷下降,必須相應調整胰島素用量,一般應逐漸減少;
(2)高尿酸血症 通常不需治療,但如有痛風,則予以別嘌醇;
(3)皮膚瘙癢 外用乳化油劑,口服抗組胺葯物,控制高磷血症及強化透析或高通量透析,對部分病人有效。
(三)尿毒症期的替代治療
當CRF病人GFR 6~10ml/min(血肌酐>707μmol/L)並有明顯尿毒症臨床表現,經治療不能緩解時,則應讓病人作好思想准備,進行透析治療。糖尿病腎病可適當提前(GFR 10~15ml/min)安排透析。
1.透析治療
(1)血液透析 應預先給病人作動靜脈內瘺(位置一般在前臂),內瘺成熟至少需要4周,最好等候8~12周後再開始穿刺。血透治療一般每周3次,每次4~6小時。在開始血液透析6周內,尿毒症症狀逐漸好轉。如能堅持合理的透析,大多數血透病人的生活質量顯著改善,不少病人能存活15~20年以上。
(2)腹膜透析 持續性不卧床腹膜透析療法(CAPD)應用腹膜的濾過與透析作用,持續地對尿毒症毒素進行清除,設備簡單,操作方便,安全有效。將醫用硅膠管長期植入腹腔內,應用此管將透析液輸入腹腔,每次1.5~2L,6小時交換一次,每天交換4次。CAPD對尿毒症的療效與血液透析相似,但在殘存腎功能與心血管的保護方面優於血透,且費用也相對較低。CAPD的裝置和操作近年已有顯著改進,腹膜炎等並發症已大為減少。CAPD尤其適用於老人、有心血管合並症的病人、糖尿病病人、小兒病人或作動靜脈內瘺有困難者。
2.腎移植
病人通常應先作一個時期透析,待病情穩定並符合有關條件後,則可考慮進行腎移植術。成功的腎移植可恢復正常的腎功能(包括內分泌和代謝功能),使病人幾乎完全康復。移植腎可由屍體或親屬供腎(由兄弟姐妹或父母供腎),親屬腎移植的效果更好。要在ABO血型配型和HLA配型合適的基礎上,選擇供腎者。腎移植需長期使用免疫抑制劑,以防治排斥反應,常用的葯物為糖皮質激素、環孢素、硫唑嘌呤和(或)麥考酚嗎乙脂(MMF)等。近年腎移植的療效顯著改善,移植腎的1年存活率約為85%,5年存活率約為60%。HLA配型佳者,移植腎的存活時間較長。
C. 一個關於蛋白質的問題
可以根據其特點選擇適當的溫度(0-4度)
選擇材料及預處理
以蛋白質和結構與功能為基礎,從分子水平上認識生命現象,已經成為現代生物學發展的主要方向,研究蛋白質,首先要得到高度純化並具有生物活性的目的物質。蛋白質的制備工作涉及物理、化學和生物等各方面知識,但基本原理不外乎兩方面。一是得用混合物中幾個組分分配率的差別,把它們分配到可用機械方法分離的兩個或幾個物相中,如鹽析,有機溶劑提取,層析和結晶等;二是將混合物置於單一物相中,通過物理力場的作用使各組分分配於來同區域而達到分離目的,如電泳,超速離心,超濾等。在所有這些方法的應用中必須注意保存生物大分子的完整性,防止酸、鹼、高溫,劇烈機械作用而導致所提物質生物活性的喪失。蛋白質的制備一般分為以下四個階段:選擇材料和預處理,細胞的破碎及細胞器的分離,提取和純化,濃細、乾燥和保存。
微生物、植物和動物都可做為制備蛋白質的原材料,所選用的材料主要依據實驗目的來確定。對於微生物,應注意它的生長期,在微生物的對數生長期,酶和核酸的含量較高,可以獲得高產量,以微生物為材料時有兩種情況:(1)得用微生物菌體分泌到培養基中的代謝產物和胞外酶等;(2)利用菌體含有的生化物質,如蛋白質、核酸和胞內酶等。植物材料必須經過去殼,脫脂並注意植物品種和生長發育狀況不同,其中所含生物大分子的量變化很大,另外與季節性關系密切。對動物組織,必須選擇有效成份含量豐富的臟器組織為原材料,先進行絞碎、脫脂等處理。另外,對預處理好的材料,若不立即進行實驗,應冷凍保存,對於易分解的生物大分子應選用新鮮材料制備。
蛋白質的分離純化
一,蛋白質(包括酶)的提取
大部分蛋白質都可溶於水、稀鹽、稀酸或鹼溶液,少數與脂類結合的蛋白質則溶於乙醇、丙酮、丁醇等有機溶劑中,因些,可採用不同溶劑提取分離和純化蛋白質及酶。
(一)水溶液提取法
稀鹽和緩沖系統的水溶液對蛋白質穩定性好、溶解度大、是提取蛋白質最常用的溶劑,通常用量是原材料體積的1-5倍,提取時需要均勻的攪拌,以利於蛋白質的溶解。提取的溫度要視有效成份性質而定。一方面,多數蛋白質的溶解度隨著溫度的升高而增大,因此,溫度高利於溶解,縮短提取時間。但另一方面,溫度升高會使蛋白質變性失活,因此,基於這一點考慮提取蛋白質和酶時一般採用低溫(5度以下)操作。為了避免蛋白質提以過程中的降解,可加入蛋白水解酶抑制劑(如二異丙基氟磷酸,碘乙酸等)。
下面著重討論提取液的pH值和鹽濃度的選擇。
1、pH值
蛋白質,酶是具有等電點的兩性電解質,提取液的pH值應選擇在偏離等電點兩側的pH 范圍內。用稀酸或稀鹼提取時,應防止過酸或過鹼而引起蛋白質可解離基團發生變化,從而導致蛋白質構象的不可逆變化,一般來說,鹼性蛋白質用偏酸性的提取液提取,而酸性蛋白質用偏鹼性的提取液。
2、鹽濃度
稀濃度可促進蛋白質的溶,稱為鹽溶作用。同時稀鹽溶液因鹽離子與蛋白質部分結合,具有保護蛋白質不易變性的優點,因此在提取液中加入少量NaCl等中性鹽,一般以0.15摩爾。升濃度為宜。緩沖液常採用0.02-0.05M磷酸鹽和碳酸鹽等滲鹽溶液。
(二)有機溶劑提取法
一些和脂質結合比較牢固或分子中非極性側鏈較多的蛋白質和酶,不溶於水、稀鹽溶液、稀酸或稀鹼中,可用乙醇、丙酮和丁醇等有機溶劑,它們具的一定的親水性,還有較強的親脂性、是理想的提脂蛋白的提取液。但必須在低溫下操作。丁醇提取法對提取一些與脂質結合緊密的蛋白質和酶特別優越,一是因為丁醇親脂性強,特別是溶解磷脂的能力強;二是丁醇兼具親水性,在溶解度范圍內(度為10%,40度為6.6%)不會引起酶的變性失活。另外,丁醇提取法的pH及溫度選擇范圍較廣,也適用於動植物及微生物材料。
二、蛋白質的分離純化
蛋白質的分離純化方法很多,主要有:
(一)根據蛋白質溶解度不同的分離方法
1、蛋白質的鹽析
中性鹽對蛋白質的溶解度有顯著影響,一般在低鹽濃度下隨著鹽濃度升高,蛋白質的溶解度增加,此稱鹽溶;當鹽濃度繼續升高時,蛋白質的溶解度不同程度下降並先後析出,這種現象稱鹽析,將大量鹽加到蛋白質溶液中,高濃度的鹽離子(如硫酸銨的SO4和NH4)有很強的水化力,可奪取蛋白質分子的水化層,使之「失水」,於是蛋白質膠粒凝結並沉澱析出。鹽析時若溶液pH在蛋白質等電點則效果更好。由於各種蛋白質分子顆粒大小、親水程度不同,故鹽析所需的鹽濃度也不一樣,因此調節混合蛋白質溶液中的中性鹽濃度可使各種蛋白質分段沉澱。
影響鹽析的因素有:(1)溫度:除對溫度敏感的蛋白質在低溫(4度)操作外,一般可在室溫中進行。一般溫度低蛋白質溶介度降低。但有的蛋白質(如血紅蛋白、肌紅蛋白、清蛋白)在較高的溫度(25度)比0度時溶解度低,更容易鹽析。(2)pH值:大多數蛋白質在等電點時在濃鹽溶液中的溶介度最低。(3)蛋白質濃度:蛋白質濃度高時,欲分離的蛋白質常常夾雜著其他蛋白質地一起沉澱出來(共沉現象)。因此在鹽析前血清要加等量生理鹽水稀釋,使蛋白質含量在2.5-3.0%。
蛋白質鹽析常用的中性鹽,主要有硫酸銨、硫酸鎂、硫酸鈉、氯化鈉、磷酸鈉等。 其中應用最多的硫酸銨,它的優點是溫度系數小而溶解度大(25度時飽和溶液為4.1M,即767克/升;0度時飽和溶解度為3.9M,即676克/升),在這一溶解度范圍內,許多蛋白質和酶都可以鹽析出來;另外硫酸銨分段鹽析效果也比其他鹽好,不易引起蛋白質變性。硫酸銨溶液的pH常在4.5-5.5之間,當用其他pH值進行鹽析時,需用硫酸或氨水調節。
蛋白質在用鹽析沉澱分離後,需要將蛋白質中的鹽除去,常用的辦法是透析,即把蛋白質溶液裝入秀析袋內(常用的是玻璃紙),用緩沖液進行透析,並不斷的更換緩沖液,因透析所需時間較長,所以最好在低溫中進行。此外也可用葡萄糖凝膠G-25或G-50過柱的辦法除鹽,所用的時間就比較短。
2、等電點沉澱法
蛋白質在靜電狀態時顆粒之間的靜電斥力最小,因而溶解度也最小,各種蛋白質的等電點有差別,可利用調節溶液的pH達到某一蛋白質的等電點使之沉澱,但此法很少單獨使用,可與鹽析法結合用。
3、低溫有機溶劑沉澱法
用與水可混溶的有機溶劑,甲醇,乙醇或丙酮,可使多數蛋白質溶解度降低並析出,此法分辨力比鹽析高,但蛋白質較易變性,應在低溫下進行。
(二)根據蛋白質分子大小的差別的分離方法
1、透析與超濾
透析法是利用半透膜將分子大小不同的蛋白質分開。
超濾法是利用高壓力或離心力,強使水和其他小的溶質分子通過半透膜,而蛋白質留在膜上,可選擇不同孔徑的瀘膜截留不同分子量的蛋白質。
2、凝膠過濾法
也稱分子排阻層析或分子篩層析,這是根據分子大小分離蛋白質混合物最有效的方法之一。柱中最常用的填充材料是葡萄糖凝膠(Sephadex ged)和瓊脂糖凝膠(agarose gel)。
(三)根據蛋白質帶電性質進行分離
蛋白質在不同pH環境中帶電性質和電荷數量不同,可將其分開。
1、電泳法
各種蛋白質在同一pH條件下,因分子量和電荷數量不同而在電場中的遷移率不同而得以分開。值得重視的是等電聚焦電泳,這是利用一種兩性電解質作為載體,電泳時兩性電解質形成一個由正極到負極逐漸增加的pH梯度,當帶一定電荷的蛋白質在其中泳動時,到達各自等電點的pH位置就停止,此法可用於分析和制備各種蛋白質。
2、離子交換層析法
離子交換劑有陽離子交換劑(如:羧甲基纖維素;CM-纖維素)和陰離子交換劑(二乙氨基乙基纖維素;DEAE?FONT FACE="宋體" LANG="ZH-CN">纖維素),當被分離的蛋白質溶液流經離子交換層析柱時,帶有與離子交換劑相反電荷的蛋白質被吸附在離子交換劑上,隨後用改變pH或離子強度辦法將吸附的蛋白質洗脫下來。(詳見層析技術章)
(四)根據配體特異性的分離方法-親和色譜法
親和層析法(aflinity chromatography)是分離蛋白質的一種極為有效的方法,它經常只需經過一步處理即可使某種待提純的蛋白質從很復雜的蛋白質混合物中分離出來,而且純度很高。這種方法是根據某些蛋白質與另一種稱為配體(Ligand)的分子能特異而非共價地結合。其基本原理:蛋白質在組織或細胞中是以復雜的混合物形式存在,每種類型的細胞都含有上千種不同的蛋白質,因此蛋白質的分離(Separation),提純(Purification)
和鑒定(Characterization)是生物化學中的重要的一部分,至今還沒的單獨或一套現成的方法能移把任何一種蛋白質從復雜的混合蛋白質中提取出來,因此往往採取幾種方法聯合使用。
細胞的破碎
1、高速組織搗碎:將材料配成稀糊狀液,放置於筒內約1/3體積,蓋緊筒蓋,將調速器先撥至最慢處,開動開關後,逐步加速至所需速度。此法適用於動物內臟組織、植物肉質種子等。
2、玻璃勻漿器勻漿:先將剪碎的組織置於管中,再套入研桿來回研磨,上下移動,即可將細胞研碎,此法細胞破碎程度比高速組織搗碎機為高,適用於量少和動物臟器組織。
3、超聲波處理法:用一定功率的超聲波處理細胞懸液,使細胞急劇震盪破裂,此法多適用於微生物材料,用大腸桿菌制備各種酶,常選用50-100毫克菌體/毫升濃度,在1KG至10KG頻率下處理10-15分鍾,此法的缺點是在處理過程會產生大量的熱,應採取相應降溫措施。對超聲波敏感和核酸應慎用。
4、反復凍融法:將細胞在-20度以下冰凍,室溫融解,反復幾次,由於細胞內冰粒形成和剩餘細胞液的鹽濃度增高引起溶脹,使細胞結構破碎。
5、化學處理法:有些動物細胞,例如腫瘤細胞可採用十二烷基磺酸鈉(SDS)、去氧膽酸鈉等細胞膜破壞,細菌細胞壁較厚,可採用溶菌酶處理效果更好。
無論用哪一種方法破碎組織細胞,都會使細胞內蛋白質或核酸水解酶釋放到溶液中,使大分子生物降解,導致天然物質量的減少,加入二異丙基氟磷酸(DFP)可以抑制或減慢自溶作用;加入碘乙酸可以抑制那些活性中心需要有疏基的蛋白水解酶的活性,加入苯甲磺醯氟化物(PMSF)也能清除蛋白水解酥活力,但不是全部,還可通過選擇pH、溫度或離子強度等,使這些條件都要適合於目的物質的提取。
濃縮、乾燥及保存
一、樣品的濃縮
生物大分子在制備過程中由於過柱純化而樣品變得很稀,為了保存和鑒定的目的,往往需要進行濃縮。常用的濃縮方法的:
1、減壓加溫蒸發濃縮
通過降低液面壓力使液體沸點降低,減壓的真空度愈高,液體沸點降得愈低,蒸發愈快,此法適用於一些不耐熱的生物大分子的濃縮。
2、空氣流動蒸發濃縮 空氣的流動可使液體加速蒸發,鋪成薄層的溶液,表面不斷通過空氣流;或將生物大分子溶液裝入透析袋內置於冷室,用電扇對准吹風,使透過膜外的溶劑不沁蒸發,而達到濃縮目的,此法濃縮速度慢,不適於大量溶液的濃縮。
3、冰凍法 生物大分子在低溫結成冰,鹽類及生物大分子不進入冰內而留在液相中,操作時先將待濃縮的溶液冷卻使之變成固體,然後緩慢地融解,利用溶劑與溶質融點介點的差別而達到除去大部分溶劑的目的。如蛋白質和酶的鹽溶液用此法濃縮時,不含蛋白質和酶的純冰結晶浮於液面,蛋白質和酶則集中於下層溶液中,移去上層冰塊,可得蛋白質和酶的濃縮液。
4、吸收法 通過吸收劑直接收除去溶液中溶液分子使之濃縮。所用的吸收劑必需與溶液不起化學反應,對生物大分子不吸附,易與溶液分開。常用的吸收劑有聚乙二醇,聚乙稀吡咯酮、蔗糖和凝膠等,使用聚乙二醇吸收劑時,先將生物大分子溶液裝入半透膜的袋裡,外加聚乙二醇復蓋置於4度下,袋內溶劑滲出即被聚乙二醇迅速吸去,聚乙二醇被水飽和後要更換新的直至達到所需要的體積。
5、超濾法 超濾法是使用一種特別的薄膜對溶液中各種溶質分子進行選擇性過濾的方法,不液體在一定壓力下(氮氣壓或真空泵壓)通過膜時,溶劑和小分子透過,大分子受阻保留,這是近年來發展起來的新方法,最適於生物大分子尤其是蛋白質和酶的濃縮或脫鹽,並具有成本低,操作方便,條件溫和,能較好地保持生物大分子的活性,回收率高等優點。應用超濾法關鍵在於膜的選擇,不同類型和規格的膜,水的流速,分子量截止值(即大體上能被膜保留分子最小分子量值)等參數均不同,必須根據工作需要來選用。另外,超濾裝置形式,溶質成份及性質、溶液濃度等都對超濾效果的一定影響。Diaflo 超濾膜的分子量截留值:
膜名稱
分子量截留值
孔的大的平均直徑
XM-300
300,000
140
XM-200
100,000
55
XM-50
50,000
30
PM-30
30,000
22
UM-20
20,000
18
PM-10
10,000
15
UM-2
1,000
12
UM05
500
10
用上面的超濾膜製成空心的纖維管,將很多根這樣的管攏成一束,管的兩端與低離子強度的緩沖液相連,使緩沖液不斷地在管中流動。然後將纖維管浸入待透析的蛋白質溶液中。當緩沖液流過纖維管時,則小分子很易透過膜而擴散,大分子則不能。這就是纖維過濾秀析法,由於透析面積增大,因而使透析時間縮短10倍。
二、乾燥
生物大分子制備得到產品,為防止變質,易於保存,常需要乾燥處理,最常用的方法是冷凍乾燥和真空乾燥。真空乾燥適用於不耐高溫,易於氧化物質的乾燥和保存,整個裝置包括乾燥器、冷凝器及真空乾燥原理外,同時增加了溫度因素。在相同壓力下,水蒸汽壓隨溫度下降而下降,故在低溫低壓下,冰很易升華為氣體。操作時一般先將待乾燥的液體冷凍到冰點以下使之變成固體,然後在低溫低壓下將溶劑變成氣體而除去。此法干後的產品具有疏鬆、溶解度好、保持天然結構等優點,適用於各類生物大分子的乾燥保存。
三、貯存
生物大分子的穩定性與保存方法的很大關系。乾燥的製品一般比較穩定,在低溫情況下其活性可在數日甚至數年無明顯變化,貯藏要求簡單,只要將乾燥的樣品置於乾燥器內(內裝有乾燥劑)密封,保持0-4度冰箱即可,液態貯藏時應注意以下幾點。
1、樣品不能太稀,必須濃縮到一定濃度才能封裝貯藏,樣品太稀易使生物大分子變性。
2、一般需加入防腐劑和穩定劑,常用的防腐劑有甲苯、苯甲酸、氯仿、百里酚等。蛋白質和酶常用的穩定劑有硫酸銨糊、蔗糖、甘油等,如酶也可加入底物和輔酶以提高其穩定性。此外,鈣、鋅、硼酸等溶液對某些酶也有一定保護作用。核酸大分子一般保存在氯化鈉或檸檬酸鈉的標准緩沖液中。
3、貯藏溫度要求低,大多數在0度左右冰箱保存,有的則要求更低,應視不同物質而定
D. EDI的工藝是什麼
EDI電去離子工作原理:
EDI電去離子裝置將離子交換樹脂充夾在陰/陽離子交換膜之間形成EDI單元。EDI工作原理如圖所示。 EDI組件中將一定數量的EDI單元間用網狀物隔開,形成濃水室。又在單元組兩端設置陰/陽電極。在直流電的推動下,通過淡水室水流中的陰陽離子分別穿過陰陽離子交換膜進入到濃水室而在淡水室中去除。而通過濃水室的水將離子帶出系統,成為濃水。
EDI電去離子設備技術介紹:
EDI電去離子設備一般以反滲透(RO)純水作為EDI給水。RO純水電導率一般是40-2μS/cm(25℃)。EDI純水電阻率可以高達17MΩ.cm(25℃),但是根據去離子水用途和系統工藝、配置不同,EDI純水適用於制備電阻率要求在1-18.2MΩ.cm(25℃)的超純水。
EDI電去離子技術的發展歷程:
近幾十年以來,混合床離子交換技術一直作為超純水制備的標准工藝。由於其需要周期性的再生且再生過程中使用大量的化學葯品(酸、鹼)和純水,並造成一定的環境問題,因此需要開發無酸鹼處理的超純水系統。
正因為傳統的離子交換已經越來越無法滿足現代工業和環保的需要,於是將膜、樹脂和電化學原理相結合的EDI技術成為水處理技術的一場革命。其離子交換樹脂的的再生使用的是電,而不再需要酸鹼,因而更滿足於當今世界的環保要求。
自從1986年EDI 膜堆技術工業化以來,全世界已安裝了數千套EDI電去離子系統,尤其在制葯、半導體、電力和表面清洗等工業中得到了大力的發展,同時在廢水處理、飲料及微生物等領域也得到廣泛使用。
EDI電去離子設備的特點:
⊙ 產水水質高且穩定、連續 ⊙ 操作簡單、安全 ⊙ 不會因再生而停機
⊙ 不需酸、鹼化學葯劑再生 ⊙ 運行費用低於混床 ⊙ 佔地面積小
⊙ 無污水排放 ⊙ 容易實現全自動控制
E. 固定床離子交換器的再生
應發一個復圖片看一下你使制用的固定床離子交換器外形圖,根據你所說情況,是否是設備問題影響了離子交換樹脂工作交換容量?當然設備再生工藝是順流再生還是逆流再生工藝?以上情況都可造成設備運行日期縮短,也就是周期制水量的減少。如果設備是順流再生,可改成逆流再生程序,應該會增加設備的周期制水量...。一傑水質
F. 提取酶的方法有哪些
酶是蛋白質,可以根據其特點選擇適當的蛋白質提取純化方法!
選擇材料及預處理
以蛋白質和結構與功能為基礎,從分子水平上認識生命現象,已經成為現代生物學發展的主要方向,研究蛋白質,首先要得到高度純化並具有生物活性的目的物質。蛋白質的制備工作涉及物理、化學和生物等各方面知識,但基本原理不外乎兩方面。一是得用混合物中幾個組分分配率的差別,把它們分配到可用機械方法分離的兩個或幾個物相中,如鹽析,有機溶劑提取,層析和結晶等;二是將混合物置於單一物相中,通過物理力場的作用使各組分分配於來同區域而達到分離目的,如電泳,超速離心,超濾等。在所有這些方法的應用中必須注意保存生物大分子的完整性,防止酸、鹼、高溫,劇烈機械作用而導致所提物質生物活性的喪失。蛋白質的制備一般分為以下四個階段:選擇材料和預處理,細胞的破碎及細胞器的分離,提取和純化,濃細、乾燥和保存。
微生物、植物和動物都可做為制備蛋白質的原材料,所選用的材料主要依據實驗目的來確定。對於微生物,應注意它的生長期,在微生物的對數生長期,酶和核酸的含量較高,可以獲得高產量,以微生物為材料時有兩種情況:(1)得用微生物菌體分泌到培養基中的代謝產物和胞外酶等;(2)利用菌體含有的生化物質,如蛋白質、核酸和胞內酶等。植物材料必須經過去殼,脫脂並注意植物品種和生長發育狀況不同,其中所含生物大分子的量變化很大,另外與季節性關系密切。對動物組織,必須選擇有效成份含量豐富的臟器組織為原材料,先進行絞碎、脫脂等處理。另外,對預處理好的材料,若不立即進行實驗,應冷凍保存,對於易分解的生物大分子應選用新鮮材料制備。
蛋白質的分離純化
一,蛋白質(包括酶)的提取
大部分蛋白質都可溶於水、稀鹽、稀酸或鹼溶液,少數與脂類結合的蛋白質則溶於乙醇、丙酮、丁醇等有機溶劑中,因些,可採用不同溶劑提取分離和純化蛋白質及酶。
(一)水溶液提取法
稀鹽和緩沖系統的水溶液對蛋白質穩定性好、溶解度大、是提取蛋白質最常用的溶劑,通常用量是原材料體積的1-5倍,提取時需要均勻的攪拌,以利於蛋白質的溶解。提取的溫度要視有效成份性質而定。一方面,多數蛋白質的溶解度隨著溫度的升高而增大,因此,溫度高利於溶解,縮短提取時間。但另一方面,溫度升高會使蛋白質變性失活,因此,基於這一點考慮提取蛋白質和酶時一般採用低溫(5度以下)操作。為了避免蛋白質提以過程中的降解,可加入蛋白水解酶抑制劑(如二異丙基氟磷酸,碘乙酸等)。
下面著重討論提取液的pH值和鹽濃度的選擇。
1、pH值
蛋白質,酶是具有等電點的兩性電解質,提取液的pH值應選擇在偏離等電點兩側的pH 范圍內。用稀酸或稀鹼提取時,應防止過酸或過鹼而引起蛋白質可解離基團發生變化,從而導致蛋白質構象的不可逆變化,一般來說,鹼性蛋白質用偏酸性的提取液提取,而酸性蛋白質用偏鹼性的提取液。
2、鹽濃度
稀濃度可促進蛋白質的溶,稱為鹽溶作用。同時稀鹽溶液因鹽離子與蛋白質部分結合,具有保護蛋白質不易變性的優點,因此在提取液中加入少量NaCl等中性鹽,一般以0.15摩爾。升濃度為宜。緩沖液常採用0.02-0.05M磷酸鹽和碳酸鹽等滲鹽溶液。
(二)有機溶劑提取法
一些和脂質結合比較牢固或分子中非極性側鏈較多的蛋白質和酶,不溶於水、稀鹽溶液、稀酸或稀鹼中,可用乙醇、丙酮和丁醇等有機溶劑,它們具的一定的親水性,還有較強的親脂性、是理想的提脂蛋白的提取液。但必須在低溫下操作。丁醇提取法對提取一些與脂質結合緊密的蛋白質和酶特別優越,一是因為丁醇親脂性強,特別是溶解磷脂的能力強;二是丁醇兼具親水性,在溶解度范圍內(度為10%,40度為6.6%)不會引起酶的變性失活。另外,丁醇提取法的pH及溫度選擇范圍較廣,也適用於動植物及微生物材料。
二、蛋白質的分離純化
蛋白質的分離純化方法很多,主要有:
(一)根據蛋白質溶解度不同的分離方法
1、蛋白質的鹽析
中性鹽對蛋白質的溶解度有顯著影響,一般在低鹽濃度下隨著鹽濃度升高,蛋白質的溶解度增加,此稱鹽溶;當鹽濃度繼續升高時,蛋白質的溶解度不同程度下降並先後析出,這種現象稱鹽析,將大量鹽加到蛋白質溶液中,高濃度的鹽離子(如硫酸銨的SO4和NH4)有很強的水化力,可奪取蛋白質分子的水化層,使之「失水」,於是蛋白質膠粒凝結並沉澱析出。鹽析時若溶液pH在蛋白質等電點則效果更好。由於各種蛋白質分子顆粒大小、親水程度不同,故鹽析所需的鹽濃度也不一樣,因此調節混合蛋白質溶液中的中性鹽濃度可使各種蛋白質分段沉澱。
影響鹽析的因素有:(1)溫度:除對溫度敏感的蛋白質在低溫(4度)操作外,一般可在室溫中進行。一般溫度低蛋白質溶介度降低。但有的蛋白質(如血紅蛋白、肌紅蛋白、清蛋白)在較高的溫度(25度)比0度時溶解度低,更容易鹽析。(2)pH值:大多數蛋白質在等電點時在濃鹽溶液中的溶介度最低。(3)蛋白質濃度:蛋白質濃度高時,欲分離的蛋白質常常夾雜著其他蛋白質地一起沉澱出來(共沉現象)。因此在鹽析前血清要加等量生理鹽水稀釋,使蛋白質含量在2.5-3.0%。
蛋白質鹽析常用的中性鹽,主要有硫酸銨、硫酸鎂、硫酸鈉、氯化鈉、磷酸鈉等。 其中應用最多的硫酸銨,它的優點是溫度系數小而溶解度大(25度時飽和溶液為4.1M,即767克/升;0度時飽和溶解度為3.9M,即676克/升),在這一溶解度范圍內,許多蛋白質和酶都可以鹽析出來;另外硫酸銨分段鹽析效果也比其他鹽好,不易引起蛋白質變性。硫酸銨溶液的pH常在4.5-5.5之間,當用其他pH值進行鹽析時,需用硫酸或氨水調節。
蛋白質在用鹽析沉澱分離後,需要將蛋白質中的鹽除去,常用的辦法是透析,即把蛋白質溶液裝入秀析袋內(常用的是玻璃紙),用緩沖液進行透析,並不斷的更換緩沖液,因透析所需時間較長,所以最好在低溫中進行。此外也可用葡萄糖凝膠G-25或G-50過柱的辦法除鹽,所用的時間就比較短。
2、等電點沉澱法
蛋白質在靜電狀態時顆粒之間的靜電斥力最小,因而溶解度也最小,各種蛋白質的等電點有差別,可利用調節溶液的pH達到某一蛋白質的等電點使之沉澱,但此法很少單獨使用,可與鹽析法結合用。
3、低溫有機溶劑沉澱法
用與水可混溶的有機溶劑,甲醇,乙醇或丙酮,可使多數蛋白質溶解度降低並析出,此法分辨力比鹽析高,但蛋白質較易變性,應在低溫下進行。
(二)根據蛋白質分子大小的差別的分離方法
1、透析與超濾
透析法是利用半透膜將分子大小不同的蛋白質分開。
超濾法是利用高壓力或離心力,強使水和其他小的溶質分子通過半透膜,而蛋白質留在膜上,可選擇不同孔徑的瀘膜截留不同分子量的蛋白質。
2、凝膠過濾法
也稱分子排阻層析或分子篩層析,這是根據分子大小分離蛋白質混合物最有效的方法之一。柱中最常用的填充材料是葡萄糖凝膠(Sephadex ged)和瓊脂糖凝膠(agarose gel)。
(三)根據蛋白質帶電性質進行分離
蛋白質在不同pH環境中帶電性質和電荷數量不同,可將其分開。
1、電泳法
各種蛋白質在同一pH條件下,因分子量和電荷數量不同而在電場中的遷移率不同而得以分開。值得重視的是等電聚焦電泳,這是利用一種兩性電解質作為載體,電泳時兩性電解質形成一個由正極到負極逐漸增加的pH梯度,當帶一定電荷的蛋白質在其中泳動時,到達各自等電點的pH位置就停止,此法可用於分析和制備各種蛋白質。
2、離子交換層析法
離子交換劑有陽離子交換劑(如:羧甲基纖維素;CM-纖維素)和陰離子交換劑(二乙氨基乙基纖維素;DEAE?FONT FACE="宋體" LANG="ZH-CN">纖維素),當被分離的蛋白質溶液流經離子交換層析柱時,帶有與離子交換劑相反電荷的蛋白質被吸附在離子交換劑上,隨後用改變pH或離子強度辦法將吸附的蛋白質洗脫下來。(詳見層析技術章)
(四)根據配體特異性的分離方法-親和色譜法
親和層析法(aflinity chromatography)是分離蛋白質的一種極為有效的方法,它經常只需經過一步處理即可使某種待提純的蛋白質從很復雜的蛋白質混合物中分離出來,而且純度很高。這種方法是根據某些蛋白質與另一種稱為配體(Ligand)的分子能特異而非共價地結合。其基本原理:蛋白質在組織或細胞中是以復雜的混合物形式存在,每種類型的細胞都含有上千種不同的蛋白質,因此蛋白質的分離(Separation),提純(Purification)
和鑒定(Characterization)是生物化學中的重要的一部分,至今還沒的單獨或一套現成的方法能移把任何一種蛋白質從復雜的混合蛋白質中提取出來,因此往往採取幾種方法聯合使用。
細胞的破碎
1、高速組織搗碎:將材料配成稀糊狀液,放置於筒內約1/3體積,蓋緊筒蓋,將調速器先撥至最慢處,開動開關後,逐步加速至所需速度。此法適用於動物內臟組織、植物肉質種子等。
2、玻璃勻漿器勻漿:先將剪碎的組織置於管中,再套入研桿來回研磨,上下移動,即可將細胞研碎,此法細胞破碎程度比高速組織搗碎機為高,適用於量少和動物臟器組織。
3、超聲波處理法:用一定功率的超聲波處理細胞懸液,使細胞急劇震盪破裂,此法多適用於微生物材料,用大腸桿菌制備各種酶,常選用50-100毫克菌體/毫升濃度,在1KG至10KG頻率下處理10-15分鍾,此法的缺點是在處理過程會產生大量的熱,應採取相應降溫措施。對超聲波敏感和核酸應慎用。
4、反復凍融法:將細胞在-20度以下冰凍,室溫融解,反復幾次,由於細胞內冰粒形成和剩餘細胞液的鹽濃度增高引起溶脹,使細胞結構破碎。
5、化學處理法:有些動物細胞,例如腫瘤細胞可採用十二烷基磺酸鈉(SDS)、去氧膽酸鈉等細胞膜破壞,細菌細胞壁較厚,可採用溶菌酶處理效果更好。
無論用哪一種方法破碎組織細胞,都會使細胞內蛋白質或核酸水解酶釋放到溶液中,使大分子生物降解,導致天然物質量的減少,加入二異丙基氟磷酸(DFP)可以抑制或減慢自溶作用;加入碘乙酸可以抑制那些活性中心需要有疏基的蛋白水解酶的活性,加入苯甲磺醯氟化物(PMSF)也能清除蛋白水解酥活力,但不是全部,還可通過選擇pH、溫度或離子強度等,使這些條件都要適合於目的物質的提取。
濃縮、乾燥及保存
一、樣品的濃縮
生物大分子在制備過程中由於過柱純化而樣品變得很稀,為了保存和鑒定的目的,往往需要進行濃縮。常用的濃縮方法的:
1、減壓加溫蒸發濃縮
通過降低液面壓力使液體沸點降低,減壓的真空度愈高,液體沸點降得愈低,蒸發愈快,此法適用於一些不耐熱的生物大分子的濃縮。
2、空氣流動蒸發濃縮 空氣的流動可使液體加速蒸發,鋪成薄層的溶液,表面不斷通過空氣流;或將生物大分子溶液裝入透析袋內置於冷室,用電扇對准吹風,使透過膜外的溶劑不沁蒸發,而達到濃縮目的,此法濃縮速度慢,不適於大量溶液的濃縮。
3、冰凍法 生物大分子在低溫結成冰,鹽類及生物大分子不進入冰內而留在液相中,操作時先將待濃縮的溶液冷卻使之變成固體,然後緩慢地融解,利用溶劑與溶質融點介點的差別而達到除去大部分溶劑的目的。如蛋白質和酶的鹽溶液用此法濃縮時,不含蛋白質和酶的純冰結晶浮於液面,蛋白質和酶則集中於下層溶液中,移去上層冰塊,可得蛋白質和酶的濃縮液。
4、吸收法 通過吸收劑直接收除去溶液中溶液分子使之濃縮。所用的吸收劑必需與溶液不起化學反應,對生物大分子不吸附,易與溶液分開。常用的吸收劑有聚乙二醇,聚乙稀吡咯酮、蔗糖和凝膠等,使用聚乙二醇吸收劑時,先將生物大分子溶液裝入半透膜的袋裡,外加聚乙二醇復蓋置於4度下,袋內溶劑滲出即被聚乙二醇迅速吸去,聚乙二醇被水飽和後要更換新的直至達到所需要的體積。
5、超濾法 超濾法是使用一種特別的薄膜對溶液中各種溶質分子進行選擇性過濾的方法,不液體在一定壓力下(氮氣壓或真空泵壓)通過膜時,溶劑和小分子透過,大分子受阻保留,這是近年來發展起來的新方法,最適於生物大分子尤其是蛋白質和酶的濃縮或脫鹽,並具有成本低,操作方便,條件溫和,能較好地保持生物大分子的活性,回收率高等優點。應用超濾法關鍵在於膜的選擇,不同類型和規格的膜,水的流速,分子量截止值(即大體上能被膜保留分子最小分子量值)等參數均不同,必須根據工作需要來選用。另外,超濾裝置形式,溶質成份及性質、溶液濃度等都對超濾效果的一定影響。Diaflo 超濾膜的分子量截留值:
膜名稱
分子量截留值
孔的大的平均直徑
XM-300
300,000
140
XM-200
100,000
55
XM-50
50,000
30
PM-30
30,000
22
UM-20
20,000
18
PM-10
10,000
15
UM-2
1,000
12
UM05
500
10
用上面的超濾膜製成空心的纖維管,將很多根這樣的管攏成一束,管的兩端與低離子強度的緩沖液相連,使緩沖液不斷地在管中流動。然後將纖維管浸入待透析的蛋白質溶液中。當緩沖液流過纖維管時,則小分子很易透過膜而擴散,大分子則不能。這就是纖維過濾秀析法,由於透析面積增大,因而使透析時間縮短10倍。
二、乾燥
生物大分子制備得到產品,為防止變質,易於保存,常需要乾燥處理,最常用的方法是冷凍乾燥和真空乾燥。真空乾燥適用於不耐高溫,易於氧化物質的乾燥和保存,整個裝置包括乾燥器、冷凝器及真空乾燥原理外,同時增加了溫度因素。在相同壓力下,水蒸汽壓隨溫度下降而下降,故在低溫低壓下,冰很易升華為氣體。操作時一般先將待乾燥的液體冷凍到冰點以下使之變成固體,然後在低溫低壓下將溶劑變成氣體而除去。此法干後的產品具有疏鬆、溶解度好、保持天然結構等優點,適用於各類生物大分子的乾燥保存。
三、貯存
生物大分子的穩定性與保存方法的很大關系。乾燥的製品一般比較穩定,在低溫情況下其活性可在數日甚至數年無明顯變化,貯藏要求簡單,只要將乾燥的樣品置於乾燥器內(內裝有乾燥劑)密封,保持0-4度冰箱即可,液態貯藏時應注意以下幾點。
1、樣品不能太稀,必須濃縮到一定濃度才能封裝貯藏,樣品太稀易使生物大分子變性。
2、一般需加入防腐劑和穩定劑,常用的防腐劑有甲苯、苯甲酸、氯仿、百里酚等。蛋白質和酶常用的穩定劑有硫酸銨糊、蔗糖、甘油等,如酶也可加入底物和輔酶以提高其穩定性。此外,鈣、鋅、硼酸等溶液對某些酶也有一定保護作用。核酸大分子一般保存在氯化鈉或檸檬酸鈉的標准緩沖液中。
3、貯藏溫度要求低,大多數在0度左右冰箱保存,有的則要求更低,應視不同物質而定。
G. 母岩的風化
1.風化作用概述
沉積岩的形成作用發生於沉積圈,即包括岩石圈、水圈、大氣圈和生物圈,其間界面相互交錯重疊的地球表面帶,常稱表生帶。表生帶的物理、化學條件的特點是低溫、低壓、富含水、氧和二氧化碳,生物活動強烈。因此在溫度和壓力較高的地殼深處結晶的岩石,一旦進入物化條件截然不同的表生環境,原有的平衡就都被打破了,勢必要產生結構和成分上的變化來建立新的平衡。這種變化過程就是通過風化作用來完成的。所謂風化作用就是指地殼最表層的岩石在溫度變化、大氣、水、生物等因素作用下,發生機械破碎和化學變化的一種作用。按作用性質和因素的不同可分為物理風化作用、化學風化作用和生物風化作用。
物理風化作用只造成岩石的機械破碎,沒有成分上的變化。化學風化作用則會使礦物發生分解,分解出來的元素有一部分被地表水和地下水帶走,其餘部分則成為在地表條件下穩定的新生礦物。而生物風化作用的表現形式既有機械的破碎,又有化學的分解,但後者是主要的。
岩石發生機械破碎的基本營力是溫度的變化、晶體生長(冰劈作用、鹽的結晶)、植物的根劈作用、動物的潛穴活動、重力效應,以及水、風和冰川的機械破壞作用等。有些生物對岩石的機械破碎作用是與生物的化學分解作用同時進行的,如地衣菌絲對岩石的破壞。純粹的機械破碎作用與化學分解作用相比則是次要的,只在嚴寒的極地和高山地區,以及氣候乾燥、溫度變化劇烈的沙漠地區才相對重要些。
引起岩石化學分解的主要因素是水、氧和二氧化碳,以及有機質。從本質上講,化學風化就是富含氧和二氧化碳的水(雨水和土壤水)以及有機酸與礦物發生化學反應的過程。因此,化學風化主要是通過氧化作用、水化和水解作用、酸的作用、離子交換等方式進行的。
近來生物的化學分解作用愈來愈被人們所重視,尤其是微生物和藻類作用,因為它們不僅分布廣、適應性強,而且對岩石的分解作用要比其他生物更為有效。生物不但能產生大量有機酸和CO2、H2S等氣體,而且還有氧化還原機能、吸附和濃集元素的機能。
無疑,在潮濕炎熱和溫暖地區,化學和生物化學風化作用既強烈又廣泛,就是在機械風化作用為主的地區,化學分解作用仍然在進行著。例如在四千多米的高寒地區見到有微生物化學分解形成的所謂「高山岩漆」;在埃及沙漠地區,發現花崗岩柱被風化的不是向陽面,而是背陰面,風化最厲害的是被砂埋著或曾被埋過的部分,表明化學風化還是在進行著,主要是微量水長期作用的結果。
通常機械破碎作用和化學分解作用不是孤立進行的,而是相互聯系、相互促進和相互影響的。由於機械破碎使得母岩產生很多裂隙或破碎成小塊,這就增大了岩石與周圍介質的接觸面,大大促進了化學分解;反過來,化學分解可降低母岩的硬度和強度,給機械破碎創造了有利條件。但就整個風化作用而言,化學和生物化學風化作用具有重要意義,並隨著地質歷史的發展日益加強,尤其是生物化學風化作用更是如此。
風化作用不僅發生在大陸上,而且也可發生在海底,後者稱作海底風化作用,如黑雲母變成海綠石,火山灰變成蒙脫石等。但海底風化作用與同生作用不易區別,兩者常交織在一起。
2.風化過程中元素析出順序——元素的風化分異
母岩在化學風化過程中表現為某些元素的淋濾分散和另外一些元素的殘積富集兩個方面。各種元素在特定的風化條件下遷移能力是不一樣的,亦即各種元素從母岩中析出的難易程度不同,因而造成各種元素按一定順序從母岩中分離出來,即元素的風化分異。根據元素在表生條件下的遷移能力,可把風化帶中的元素分為五類:
①最易遷移元素(Kx=n·10~n·102)Cl、Br、I、S;②易遷移元素(Kx=n~n·10)Ca、Mg、Na、F、Sr、K、Zn;③遷移元素(Kx=n·10-1~n)Cu、Ni、Co、Mo、V、Mn、Si(在硅酸鹽中)、P;④惰性(微弱遷移)元素(Kx<n·10-1)Fe、Al、Ti、Sc、Y、TR(稀土元素)等;⑤幾乎不移動的元素(Kx≈n·10-10)(Si)(石英)。
從遷移序列中可以看出,各種元素的遷移能力相差是很大的。最易遷移的元素是惰性元素遷移能力的成百倍到上千倍,這就使原來共生的元素在風化過程中因遷移能力不等而發生分異,遷移能力最強的Cl、S最先從風化帶中流失;其次是Ca、Mg、Na、F等;而K、Mn、Si、P等遷移能力較弱;Al、Fe、Ti等遷移能力很弱,往往殘留原地形成紅土和鋁土礦。
元素的遷移能力與它們的物理化學性質不完全一致。例如Na、K的簡單鹽類的溶解度大致相同,但在風化帶中Na的遷移能力比K大;鈣鹽和鎂鹽(CaCO3、CaSO4、MgCO3)比鈉鹽和鉀鹽(NaCl、KCl)難溶得多,但Ca、Mg的遷移能力要大於Na、K。這是因為風化過程中元素的遷移能力不單取決於離子特性,而是受到多種因素的影響。一般影響元素遷移能力的因素有:元素自身的原子和離子特性(離子半徑、原子價、極化能力等),這在很多情況下決定了離子由固體轉變為溶液或由溶液轉變為固體的難易性,以及含有該元素的礦物特徵和它對於風化作用的抵抗能力,例如鈣長石要比鈉長石易風化,故在相同條件下Ca要比Na易於析出,而同樣的Ca,在石灰岩中要比在鈣長石中易於析出;介質的pH和Eh值,例如Fe在氧化環境中遷移能力很小,但在還原環境中則顯著增加,而U則相反;生物及氣候條件的影響,如潮濕炎熱地區的SiO2遷移能力大大增加,幾乎與Ca一樣。
需要指出,上述遷移序列是一般性的,它主要是根據硅酸鹽岩石在溫濕氣候和氧化環境中發生風化經計算而得到的,對於其他氣候條件下和還原占優勢的環境中,元素的遷移順序就不一定與上述相同。
3.風化帶發育的階段性
在風化帶中礦物的變化具有明顯的階段性,一種原生礦物隨著風化程度的加深,通過一系列中間階段,依次形成一些過渡性礦物,然後轉化為最終產物(與最終風化環境取得平衡的生成物)。某些造岩硅酸鹽礦物風化轉變的一般階段是:鉀長石→絹雲母→水雲母→高嶺石;輝石→綠泥石→水綠泥石→蒙脫石→多水高嶺石→高嶺石;黑雲母→蛭石→蒙脫石→高嶺石。
相應的母岩風化變化也會出現階段性。波雷諾夫根據元素從風化帶中析出的順序,將結晶岩的風化過程分為四個階段,不同階段有其獨特的風化產物。今以玄武岩為例(表2-1)予以說明:①碎屑階段,以物理風化為主,風化產物主要為岩石或礦物碎屑;②飽和硅鋁階段,岩石中如有氯化物和硫酸鹽將全部被溶解,然後在CO2和H2O的共同作用下,鋁硅酸鹽和硅酸鹽礦物開始分解,游離出K+、Na+、Ca2+、Mg2+,這些陽離子的存在,使介質呈鹼性或中性,並使一部分SiO2轉入溶液,這個階段形成的粘土礦物有蒙脫石、水雲母、拜來石、綠脫石以及綠泥石等,同時鹼性條件下難溶的碳酸鈣開始堆積;③酸性硅鋁階段,鹼金屬和鹼土金屬大量被溶濾掉,SiO2進一步游離出來,隨著有機質分解形成大量有機酸和CO2,使介質轉為酸性。使上階段形成的礦物(蒙脫石、水雲母等)轉變成在酸性條件下穩定的不含鹼金屬和鹼土金屬的粘土礦物高嶺石、變埃洛石等,通常將達到此階段的風化作用稱為粘土型風化作用;④鋁鐵土階段,這是風化的最後階段,在此階段鋁硅酸鹽礦物被徹底地分解,鹼金屬和鹼土金屬全部游離出來,加上有機酸被地表水淋走或沖淡,使介質又呈中性或鹼性,致使SiO2大量流失,此外全部可移動的元素都被帶走了,主要就剩下鐵和鋁的氧化物及部分二氧化硅,在原地形成水鋁石、水鋁礦、褐鐵礦、針鐵礦、赤鐵礦及蛋白石的堆積,由於它是一種紅色疏鬆的鐵質或鋁質土壤,所以也稱為紅土,達到此階段的風化作用通常稱為紅土型風化作用。
表2-1 玄武岩的風化過程
(據曾允孚和夏文傑,1986)
上述四個階段依次表示風化程度加深,是一個一般的完整過程,並不是所有結晶岩的風化都要經歷這四個階段。能否達到風化最深的鋁鐵土階段,取決於當時的氣候、地形、地殼運動強度、母岩性質和風化時間長短等因素。其中特別是氣候因素,如在乾旱沙漠地區,母岩風化可長期停留在碎屑階段;植被發育的溫暖潮濕地區則可達到並長期停留在酸性硅鋁階段,而在潮濕炎熱地區則可達到鋁鐵土階段。
H. 尿液生成可分為哪幾個過程
尿的生成包括三個過程:腎小球的濾過;腎小管和集合管的重吸收;腎小管和集合管的分泌和排泄。
(1)腎小球的濾過功能
腎小球的濾過是尿生成的起點。由於腎小球結構類似濾過器,腎小球毛細血管血壓又較高,血液流經腎小球時,血漿成分除大分子蛋白質外,其餘的水分、小分子溶質(包括少許分子量小的蛋白質)可以濾入腎小囊中,形成腎小球濾液。其濾液是尿的前身,稱為原尿。原尿的成分與去蛋白質的血漿相似。
(2)腎小管和集合管的重吸收功能
原尿流經腎小管時,其中某些成分被腎小管上皮細胞轉運,重新進入血液的過程,稱為重吸收。
1)重吸收方式
重吸收方式有主動重吸收和被動重吸收兩種。主動重吸收指腎小管上皮細胞能逆電化學梯度,將小管液中的某些物質轉運到小管外的組織液中去的過程。被動重吸收是指小管液中的水和某種物質順電化學梯度從腎小管腔通過小管上皮細胞被轉運到小管外組織液中去的過程,不直接消耗能量。
2)腎小管各段和集合管的重吸收能力
近球小管的重吸收能力最強。營養物質如葡萄糖、氨基酸、蛋白質、維生素等幾乎全部在近球小管被重吸收。無機離子,如鈉離子、鉀離子、鈣離子、氯離子以及無機磷、尿素、尿酸等絕大部分也被近球小管重吸收。其他各段小管主要是重吸收部分鈉離子、氯離子或碳酸氫離子、水及尿素等。
原尿中的水分99%以上被重吸收,僅l%排出。鈉離子的重吸收有利於維持細胞外液鈉離子濃度和滲透壓的相對恆定,其重吸收量達99%以上。至於鉀離子也絕大部分被近球小管重吸收,尿中排出的鉀離子是由遠曲小管和集合管分泌的。
(3)腎小管和集合管的分泌和排泄功能
尿中有些成分是由腎小管和集合管上皮細胞分泌或排泄到管腔中去的。由小管上皮細胞經過新陳代謝,將所產生的物質送人管腔的過程,稱為分泌;由小管上皮細胞直接將血漿中的某些物質送入管腔的過程,稱為排泄。
1)氫離子的分泌 氫離子來源於血液中和小管上皮細胞代謝產生的二氧化碳。
腎小管各段和集合管上皮細胞都有分泌氫離子的作用。不同的是遠曲小管和集合管不僅分泌氫離子,還分泌鉀離子。鉀離子可以和小管液中的鈉離子進行交換。所以除氫離子—鈉離子交換外,還有鉀離子—鈉離子交換。在氫離子、鉀離子與鈉離子的交換中,氫離子、鉀離子之間存在著競爭現象
2)NH3的分泌 遠曲小管和集合管上皮細胞利用谷氨醯胺以及一些氨基酸脫氨生成NH3。NH3的分泌不僅有利於氫離子的排出,同時促進了NaHCO3的重吸收。
3)鉀離子的分泌 原尿中的鉀離子基本上在近球小管已被重吸收,終尿中的鉀離子都是由遠曲小管和集合管分泌的。鉀離子的分泌與鈉離子的主動重吸收有密切關系。
4)其他物質的排泄 一些物質不僅可以經腎小球濾過,也能由腎小管上皮細胞排出,如肌酐、對氨基馬尿酸等。也有些進入體內的物質主要是由腎小管上皮細胞排出的,如青黴素、酚紅等
綜上所述,血漿經腎小球的濾過成為原尿,原尿再經腎小管和集合管的重吸收和分泌,最後形成終尿,排出體外。腎臟通過尿的生成過程對血中成分不斷地進行篩選和處理,在維持機體內環境相對穩定中起著極為重要的作用。
I. 陰離子交換樹脂老化後的表現,陰床出水比原來突然減少一半,停床時不顯硅,但停運幾個小時後再運行硅特
陰床樹脂老化後,樹脂交換容量和交換能力都進一步下降,正常投運時,離子達到一種動態平衡,當停運一段時間,再投運時,吸附在樹脂官能團上的離子會出現一個時間段的集中釋放,這個時候,電導率和硅都會出現比進水還要高的現象,這是正常的,一般停運後繼續投運時,需要沖洗一段時間,待產水指標穩定後再投用。
陰樹脂老化一般是因為有機物污染和硅污染引起,有機物污染是因為原水中的有機物逐漸污染樹脂引起,其表現為:1)陰樹脂顏色變深;2)陰樹脂工作交換容量下降;3)出水電導率增大;4)出水PH值降低;5)出水二氧化硅含量增大;6)再生清洗水量增加。
防止有機物污染的基本措施是在水處理系統前置預處理中,盡量去除有機物成分,最好採用抗有機物污染能力更強的陰樹脂,比如大孔陰樹脂比凝膠陰樹脂要好,甚至更應該考慮採用丙烯酸系陰樹脂替代苯乙烯系的陰樹脂,比如我們公司生產的213在眾多地表水作為原水的用戶使用中,反映出很好的運行數據,不但有機物污染陰樹脂情況根本得到改善,而且周期制水量提高了30-50%,最主要是因此降低了水汽中的氫電導指標(因為有機物穿透後,進入鍋爐加熱後,分解為有機酸,從而引起水汽H電導偏高)。有機物污染的陰樹脂可以採用鹼性鹽法復甦(10%的NaCl+4-6%的NaOH混合再生溶液),混合液加溫至40度以上,結合壓縮空氣擦洗,最後一倍再生液浸泡8小時以上,效果最佳。
硅污染更多時候是用戶再生不充分引起,樹脂失效後沒有及時再生或者每次再生不徹底,都會引起陰樹脂硅中毒現象。一般採用稀的溫鹼溶液浸泡溶解,鹼液的濃度為2%,溫度40度。污染情況嚴重時,可使用加溫至40度的4-5%的NaOH溶液循環清洗處理。
希望以上回答能幫助你解決疑問。個人自1996年從事離子交換樹脂技術型的銷售工作以來,親身經歷了國內離子交換樹脂用戶的發展過程,其實說實話,目前國內的用戶生存現狀已遠遠不及上世紀90年代,究其根本原因,最主要的還是用戶持續多年的低價中標法,導致更多離子交換樹脂生產企業為了滿足低價競爭而採用偷工減料的生產工藝,或者是一味的追求降低生產成本,套用回收化工原料,導致樹脂質量在近10幾年來不升反降。而用戶現場運行工況(包括原水水質,運行設備的負荷等)也出現了較大的惡化,但在這期間,因為供應商感覺只有低價才具備最大的競爭力,所以技術交流和服務,尤其是技術應用研究方面,出現了一個斷檔真空期,這是國內整個離子交換樹脂行業發展史的悲哀,也是因為盲目的低價中標制度導致國內用戶最最得不償失的一個階段。真心希望國內市場能夠理智的面對問題本身,而不是一邊是崇洋媚外(殊不知,眾多洋品牌提供的產品,原本就是國內貼牌包裝,乃至是一些小廠貼牌包裝),一邊又認為國內企業不講誠信,產品質量不佳。試問,您如此的「作」(國內供應商採用低價中標和盲目推崇洋品牌,可以唯一指定洋品牌),能有什麼好下場呢。
以上純為肺腑之言,不妥之處望諒,別無他意。
J. 離子進入根細胞可劃分為幾個階段
關於養分如何進入根細胞,有多種解釋和假說。目前,普遍被人們所接受的有:離子進入根細胞可劃分為主動吸收和被動吸收兩個階段。
①離子的被動吸收。離子的被動吸收主要通過截獲、擴散、質流或離子交換先進入根中的「自由空間」。它是從細胞壁到原生質膜,還包括細胞間隙。因為細胞壁帶有負電荷,所以陽離子進入根中較陰離子多,而且在很短時間內就與外界溶液達到平衡。在最初階段陰、陽離子的吸收屬被動吸收。
②離子的主動吸收。許多研究資料證明,果樹體內離子態養分的濃度常比外界土壤溶液濃度高,有時竟高達數十倍甚至數百倍,而仍能逆濃度吸收,且吸收養分還有選擇性。這種現象很難從被動吸收來解釋。所以,離子的擴散、質流以及離子的交換只能說明離子態養分吸收的一個現象,而不能說明其原因與機理。目前,相關研究人員從能量的觀點和酶動力學原理來研究主動吸收離子態養分,並提出載體解說和離子泵解說。