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目录1

1 引言1

1.1 质量守恒作为一种计量方法1

1.2　微分和积分：世界人口统计3

1.3　扩散、对流和反应过程的质量守恒计量：微观尺度4

1.4 小结6

1.5 参考文献6

2.1 生物分离过程的选择9

2　工业生物分离过程9

第一部分　工业生物分离过程与产品检测9

2.1.1　规模、浓度和价格10

2.1.2　产品性质11

2.2　单克隆抗体13

2.3　人胰岛素14

2.4 狂犬疫苗15

2.5 青霉素16

2.6 蛋白酶16

2.7　L-赖氨酸17

2.8　柠檬酸18

2.9 小结19

2.10 习题19

2.11　参考文献22

3　浓度测定和生物活性分析23

3.1 氨基酸23

3.1.1　高效液相色谱25

3.1.2　反相高效液相色谱25

3.1.4　胶束电动毛细管色谱26

3.1.3　毛细管电泳26

3.1.5 电渗析27

3.1.6　气相色谱27

3.2　多肽和蛋白质28

3.2.1　分析型色谱28

3.2.2　分析型电泳30

3.2.3　免疫测定技术31

3.3　核苷酸和聚核苷酸32

3.3.1　离子交换色谱33

3.3.2　反相高效液相色谱33

3.3.4　Slalom色谱34

3.3.3　离子对色谱34

3.3.5　凝胶电泳35

3.3.6　脉冲电场凝胶电泳35

3.3.7　毛细管等速电泳36

3.3.8　毛细管区带电泳36

3.4　糖类化合物37

3.4.1　单糖37

3.4.2　寡聚糖39

3.5.1　脂肪酸41

3.4.3　糖蛋白41

3.5　脂类41

3.5.2　脂肪和油类44

3.6　类固醇和抗生素45

3.7　维生素46

3.8　小结47

3.9　习题47

3.10　参考文献48

4　热力学与传递性质55

4.1　化学平衡55

第二部分　化学、物理和生物学性质在生物分离中的应用55

4.2　溶解度57

4.2.1　蛋白质和氨基酸的溶解度57

4.3　扩散系数59

4.3.1　不带电的小分子生物化学品60

4.3.2　蛋白质60

4.4　等电点及pH值对电荷的影响61

4.4.1 羧酸61

4.4.2 氨基酸62

4.5　疏水-亲水性的度量68

4.4.3　蛋白质68

4.6　酸-碱性的度量70

4.6.1　Gutmann的供给-接受数理论70

4.6.2　Drago的E-C方程70

4.6.3　溶剂化显色比较法71

4.6.4　软硬酸碱理论71

4.6.5　不同度量体系之间的比较和关联72

4.7　金属离子键合常数72

4.7.1 核酸73

4.7.2　氨基酸73

4.9　习题74

4.8　小结74

4.10　参考文献76

5　生物胶体分子的相互作用78

5.1　短程相互作用78

5.2　长程相互作用79

5.2.1 范德华力79

5.2.2　静电作用和DLVO理论82

5.2.3　疏水作用83

5.2.4　磁相互作用84

5.4　习题85

5.3　小结85

5.5　参考文献86

6　生物亲和性88

6.1　分子识别过程89

6.2　配体与受体的相互作用89

6.2.1　离子键90

6.2.2　氢键90

6.2.3　疏水相互作用90

6.3.1　热力学方法91

6.3　受体-配体亲和性的理论研究91

6.2.4　范德华力91

6.3.2　平衡方法92

6.4　专一性相互作用94

6.4.1　抗体与抗原的相互作用94

6.4.2　DNA与蛋白质的相互作用95

6.4.3　细胞受体与配体的相互作用97

6.4.4　酶与底物的相互作用97

6.4.5　生物素与抗生物素／链菌酶抗生物素的相互作用98

6.6　习题99

6.5　小结99

6.4.6　凝集素与糖分子的相互作用99

6.7　参考文献101

第三部分　生物分离方法105

7　结晶和沉淀105

7.1　饱和与过饱和态105

7.2　成核现象106

7.3　晶体的生长108

7.4　批式结晶108

7.4.1　溶液平衡108

7.4.2　固相平衡109

7.4.3　晶体粒度分布110

7.4.4　有机溶剂和盐导致的沉淀112

7.4.5　生长速率分布113

7.5　连续结晶115

7.6　收率115

7.6.1　除去溶剂和稀释剂时的收率116

7.7　小结116

7.8　习题117

7.9　参考文献119

8.1　膜材料120

8　膜过滤120

8.2　膜分离过程的推动力121

8.3　微滤理论121

8.3.1　不可压缩滤饼122

8.3.2　可压缩滤饼122

8.4　微滤123

8.4.1　多级微滤124

8.5　超滤125

8.5.1　超滤过程的应用126

8.6　反渗透127

8.5.2　超滤膜的应用及其改进127

8.7　传质通量方程128

8.8 电渗析129

8.9　乳化液膜分离129

8.10　小结130

8.11 习题130

8.12　参考文献132

9　离心133

9.1　基本原理133

9.2　离心分离的优缺点134

9.3　离心机的选择135

9.4　离心机的类型136

9.4.1　管状转筒式离心机137

9.4.2　碟式离心机138

9.4.3　转篮式离心机139

9.5　工业规模的离心机140

9.6　小结142

9.7　习题142

9.8　参考文献143

10　色谱144

10.1　检测方法145

10.2　色谱技术概述146

10.3　固定相148

10.4　色谱过程分析的6种方法151

10.4.1　Gaussian法151

10.4.2　分级模型153

10.4.3　牛顿连续力学与线性平衡158

10.4.4　稳态模型与饱和平衡161

10.4.6　凝胶分配模型165

10.4.5　van Deemter方程165

10.5　凝胶渗透色谱166

10.6　离子交换色谱168

10.7　亲和色谱171

10.8　疏水作用色谱与反相色谱173

10.9　灌注色谱174

10.10　其他色谱方法174

10.10.2　置换色谱175

10.10.3　径向流动色谱175

10.10.1 梯度法175

10.10.4　膜色谱176

10.11　放大策略与注意事项176

10.11.1 放大方法1：固定相颗粒尺寸不变177

10.11.2　放大方法2：增大固定相颗粒尺寸178

10.11.3　放大方法3：凝胶渗透与开关循环方法178

10.12　小结179

10.13　习题179

10.14　参考文献183

11.1　分配过程的化学热力学185

11 萃取185

11.2　有机相-水相萃取186

11.2.1　萃取剂-稀释剂系统188

11.2.2　从有机相中移出生化产品190

11.3　双水相萃取192

11.3.1 由尺寸差异导致的分配192

11.3.2　蛋白质电荷对分配的影响193

11.3.3　其他影响193

11.4　反胶团195

11.5　超临界流体196

11.6　大规模萃取设备197

11.6.1　混合澄清槽198

11.6.2　萃取塔198

11.6.3　离心接触萃取器201

11.6.4　比较201

11.7　多级接触的模式201

11.7.1　并流接触202

11.7.2　错流接触202

11.7.3　逆流接触203

11.7.4　接触模式比较204

11.7.5　图解法209

11.7.6　分馏萃取210

11.7.7　连续逆流萃取213

11.8　小结214

11.9　习题214

11.10　参考文献218

12 电泳220

12.1 常用电泳方法简介220

12.1.1　凝胶电泳220

12.1.2　毛细管电泳223

12.1.4　等速电泳224

12.1.3　等电聚焦224

12.1.5　移界电泳225

12.2　电泳的基本概念225

12.2.1 电渗和松弛效应对电泳的阻碍作用226

12.2.2　对电泳分离不利的情形227

12.3 区带电泳228

12.3.1　带扩散228

12.4　等电聚焦229

12.5　等速电泳230

12.6　二维电泳231

12.7　小结232

12.8　习题232

12.9　参考文献235

13　磁生物分离236

13.1　材料的磁性236

13.2　磁性颗粒分类241

13.3　理论分析241

13.4　磁性颗粒分离243

13.4.1　高梯度磁场分离243

13.4.2　亲和色谱244

13.4.3　双水相分离245

13.5　应用245

13.5.1　细胞分离246

13.5.2　免疫测定246

13.6　小结246

13.7　习题247

13.8　参考文献247

14　溶剂去除和干燥248

14.1　溶剂去除方法248

14.2　理论249

14.2.1　气-液系统250

14.2.2　液-液系统252

14.2.3 液-固系统254

14.3　瑞利精馏256

14.4　设备257

14.4.1 蒸发257

14.4.2　干燥260

14.5　小结262

14.6　习题262

14.7　参考文献263

15　细胞破碎264

15.1　细胞与细胞膜265

15.2　细胞破碎技术266

15.2.1　机械法细胞破碎267

15.2.2　化学法细胞破碎273

15.3　小结275

15.4　习题275

15.5　参考文献276

16.1　生物分离过程经验法则281

16　分离过程集成281

第四部分　生物过程设计281

16.1.1　在分离过程中应尽早减少样品体积282

16.1.2　将成本最高的步骤放到最后283

16.1.3　遵守KISS原则283

16.1.4　尽早提炼组分284

16.1.5　使生物反应器中的产物抑制降至最低285

16.2　生物分离过程和生物反应器研发同步进行时的问题285

16.2.1　对实验室规模的过程不作任何变化285

16.3　过程集成中的专家系统286

16.2.3　利用模拟料液进行中试实验286

16.2.2　依据类似商业产品的生产过程来设计生物分离过程286

16.4　生物反应和生物分离过程集成287

16.5　“生物分离友好”的生物反应过程288

16.6　最终产品剂型和环境影响289

16.7　小结290

16.8　习题290

16.9　参考文献292

17　产品制剂294

17.1　剂型特性294

17.2.2　表面活性剂295

17.2.3　色素和调味剂295

17.2　赋形剂295

17.2.1　增稠剂和黏合剂295

17.2.4　防腐剂296

17.3　给药方式296

17.4　封装297

17.5　冷冻干燥298

17.5.1　理论298

17.5.2　技术300

17.8　参考文献302

17.6　小结302

17.7　习题302

18　生物加工过程经济学304

18.1　成本估算软件资源304

18.1.1　投资成本估算306

18.1.2　操作费用估算306

18.2　经济决策模型307

18.2.1　内部收益率308

18.2.3　净现值309

18.2.2　包含利润的投资回收期309

18.2.4　投资回报率310

18.2.5　选择项目和投资方式311

18.3　敏感度分析311

18.4　小结314

18.5　习题315

18.6　参考文献315

附录319

附录A　Laplace变换319

附录B　Laplace反变换的数值方法、van derLaan法则及Huckel与Helmholtz-Smoluchowski公式323