制药分离工程题库(附参考答案)

制药分离工程题库(附参考答案)一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在反相高效液相色谱（RP-HPLC）中，若目标蛋白疏水性较强，应优先选择的流动相条件是A.高比例水相+0.1%三氟乙酸B.高比例乙腈+0.1%三氟乙酸C.纯水+10mmol/L磷酸盐D.90%甲醇+10mmol/LTris-HCl【答案】B【解析】疏水性强的蛋白在反相柱上保留强，需提高有机相比例才能洗脱；三氟乙酸作为离子对试剂可进一步调节保留。2.采用间歇式恒压死端微滤处理菌体发酵液，若滤饼比阻α与单位面积滤饼质量w呈线性关系α=α₀+βw，则过滤速率dV/dt随时间t的变化趋势为A.线性下降B.指数下降C.与√t成反比D.与t²成反比【答案】C【解析】由过滤基本方程=代入w∝V，可得积分形式V²+2R_mw/(α₀+βw/2)=2A²ΔPt/μ，近似给出dV/dt∝1/√t。3.在模拟移动床（SMB）色谱中，若切换时间t_s减小而其他参数不变，则产品纯度将A.升高B.降低C.不变D.先升后降【答案】B【解析】t_s减小导致固相流速相对增大，弱吸附组分易进入萃取口，降低纯度。4.用聚乙二醇（PEG）-磷酸钾双水相系统提取青霉素酰化酶，若目标蛋白主要分配在上相，则增加PEG分子量会导致A.上相体积增大B.分配系数K减小C.K增大D.界面张力降低【答案】B【解析】PEG分子量增大，疏水性增强，上相疏水微环境增强，酶被“盐析”回下相，K减小。5.在超临界CO₂萃取植物甾醇时，若加入10%乙醇作共溶剂，其机理主要是A.提高CO₂临界温度B.降低甾醇熔点C.增强CO₂极性，提高甾醇溶解度D.形成包合物【答案】C【解析】乙醇为极性共溶剂，可与甾醇羟基形成氢键，显著提高甾醇在SC-CO₂中的溶解度。6.采用离子交换层析纯化单抗，若洗脱pH从7.0降至3.5，则抗体表面净电荷变化为A.负电荷减少B.负电荷增加C.正电荷减少D.正电荷增加【答案】D【解析】单抗等电点pI≈8.5，pH3.5远低于pI，质子化增强，正电荷增加。7.在纳滤脱盐过程中，若进料NaCl浓度从0.15mol/L升至0.5mol/L，而操作压力不变，则透过液通量J将A.线性增加B.线性减少C.先增后减D.指数减少【答案】D【解析】高浓度导致渗透压π=icRT显著升高，有效压力ΔP−π下降，J∝ΔP−π，呈指数衰减。8.用扩张床吸附（EBA）直接从发酵液捕获蛋白，其关键流体力学条件是A.颗粒雷诺数Re_p<1B.床层膨胀率H/H₀=1.5–3C.轴向扩散系数D_ax→0D.液固密度差Δρ<50kg/m³【答案】B【解析】膨胀率过低易堵塞，过高则吸附效率下降，1.5–3为经验最优区间。9.在结晶过程中，若过饱和度S=C/C从1.2增至2.0，则成核速率B的增幅约为9.在结晶过程中，若过饱和度S=C/C从1.2增至2.0，则成核速率B的增幅约为A.1.2倍B.2倍C.10倍D.100倍【答案】D【解析】根据经验幂律B=kSⁿ，n≈6–10，S从1.2→2.0，B增幅约2⁶/1.2⁶≈100。10.采用疏水相互作用色谱（HIC）时，若降低盐浓度，则蛋白保留时间A.延长B.缩短C.不变D.先短后长【答案】B【解析】低盐削弱疏水效应，蛋白与填料相互作用减弱，提前洗脱。二、多项选择题（每题3分，共15分；每题至少两个正确答案，多选少选均不得分）11.关于膜污染模型，下列说法正确的是A.标准堵塞模型假设孔道体积随滤液体积线性减小B.滤饼过滤模型中阻力与滤液体积成正比C.中间堵塞模型适用于孔口吸附导致有效孔数减少D.完全堵塞模型中，每个颗粒独立堵塞一个孔【答案】ACD【解析】B错误，滤饼阻力与w∝V成正比，但阻力表达式为R=αw/A，与V成正比而非与滤液体积成正比。12.在蛋白层析中，提高动态载量（DBC）10%的方法有A.减小填料粒径B.降低流速C.提高柱温至60°CD.采用高孔隙率基球【答案】ABD【解析】C高温易导致蛋白变性，且对DBC提升有限。13.下列操作可提高双水相系统分配选择性β=ln(K₁/K₂)的是A.增加盐浓度B.改变pH远离蛋白pIC.引入亲和配体-PEG偶联物D.升高温度至相图临界点【答案】BC【解析】A增加盐浓度通常压缩双水相差异，降低β；D临界点附近两相性质趋同，β下降。14.在超滤浓缩蛋白时，为抑制浓差极化，可采取A.提高剪切速率B.降低跨膜压力C.采用脉冲反洗D.降低蛋白浓度【答案】ABC【解析】D降低浓度虽减轻极化，但违背浓缩目的。15.关于结晶溶剂选择，正确的有A.介电常数越高越易形成针状晶习B.溶剂与溶质氢键能力差异大易生成多晶型C.反溶剂添加速率越快，晶体越小D.溶剂粘度升高会抑制扩散，降低成核速率【答案】BCD【解析】A高介电常数利于极性溶剂化，但晶习主要由晶面吸附决定，无必然联系。三、判断题（每题1分，共10分；正确打“√”，错误打“×”）16.在等电点沉淀时，蛋白溶解度最低，因此沉淀选择性最高。【答案】√17.纳滤对二价离子的截留率通常高于一价离子，主要因为道南效应。【答案】√18.采用恒速干燥阶段模型可准确预测喷雾干燥全过程。【答案】×【解析】降速阶段占主要时间，恒速模型不适用。19.在SMB中，增加柱长可提高产率但会降低产品浓度。【答案】√20.超临界流体的扩散系数比液体高一个数量级，有利于快速传质。【答案】√21.反相色谱中，C18链长增加会提高蛋白回收率。【答案】×【解析】长链疏水性强，蛋白易不可逆吸附，回收率下降。22.扩张床吸附允许含颗粒进料，因此无需预处理。【答案】×【解析】需去除大颗粒及细胞碎片，防止床层堵塞。23.在结晶中，添加晶种可缩短诱导期并控制晶习。【答案】√24.膜蒸馏的驱动力是温差引起的蒸气压差，与浓度无关。【答案】√25.电渗析脱盐时，极限电流密度随流速增加而升高。【答案】√四、填空题（每空1分，共15分）26.在恒压微滤中，若滤饼不可压缩，则过滤常数K与压力ΔP的关系为K∝________。【答案】ΔP27.采用体积排阻色谱（SEC）测定蛋白分子量，其校准曲线方程为lnM=a−bV_e，其中V_e为________。【答案】洗脱体积28.双水相系统中，界面张力γ与两相密度差Δρ的关系可近似表示为γ=________（符号即可）。【答案】kΔρ^n（n≈3–4）29.在反渗透脱盐中，若膜对NaCl的截留率R=98%，进料浓度c_f=0.3mol/L，则透过液浓度c_p=________mmol/L。【答案】630.结晶成核速率B与过饱和度S的关系常用经验式B=k_nS^n表示，其中指数n称为________指数。【答案】成核级数31.超临界CO₂的临界压力P_c=________MPa。【答案】7.3832.在离子交换层析中，若蛋白pI=6.5，缓冲液pH=8.0，则蛋白带________电荷。【答案】负33.扩张床吸附的Richardson-Zaki方程为U=U_tε^n，其中n与颗粒________有关。【答案】形状与雷诺数34.采用PEG-盐双水相，若下相体积分数φ_b增加，则蛋白分配系数K通常________。【答案】减小35.在纳滤中，道南平衡方程可表示为________（写出离子浓度比关系即可）。【答案】=五、计算题（共25分）36.（8分）恒压微滤实验数据如下：ΔP=0.2MPa，滤液粘度μ=1.1×10⁻³Pa·s，膜面积A=0.01m²，滤饼比阻α=2×10¹¹m/kg，滤液密度ρ=1000kg/m³，固体质量分数s=1%。求过滤1L所需时间。【解答】由恒压过滤方程t代入数据：t【答案】55s37.（9分）某蛋白在阴离子交换柱上的吸附符合Langmuir等温线q=(q_mKc)/(1+Kc)，已知q_m=120mg/mL，K=0.05mL/mg。若进料c₀=4mg/mL，柱床孔隙率ε=0.35，流速u=100cm/h，柱长L=10cm，求突破10%时的透过体积V_b（假设理想活塞流）。【解答】突破10%时，q_b=0.1q，其中q=q_mKc₀/(1+Kc₀)=120×0.05×4/(1+0.2)=80mg/mL突破10%时，q_b=0.1q，其中q=q_mKc₀/(1+Kc₀)=120×0.05×4/(1+0.2)=80mg/mL则q_b=8mg/mL由质量平衡=取单位面积A=1cm²，则=【答案】17mL38.（8分）采用冷却结晶制备阿莫西林，溶解度c=0.02T+0.4g/g水（T单位°C）。初始温度50°C，浓度0.9g/g水，以5°C/h线性降温至20°C，若成核级数n=4，成核速率常数k_n=10⁵#/(m³·h)，求总晶核数密度N。38.（8分）采用冷却结晶制备阿莫西林，溶解度c=0.02T+0.4g/g水（T单位°C）。初始温度50°C，浓度0.9g/g水，以5°C/h线性降温至20°C，若成核级数n=4，成核速率常数k_n=10⁵#/(m³·h)，求总晶核数密度N。【解答】过饱和度路径S(T)=c(T)/c(T)，其中c(T)=0.9（恒浓）过饱和度路径S(T)=c(T)/c(T)，其中c(T)=0.9（恒浓）S(T)=0.9/(0.02T+0.4)积分成核数Ndt/dT=1/5h/°C数值积分得N≈1.2×10⁷#/m³【答案】1.2×10⁷#/m³六、综合设计题（15分）39.某发酵液含重组人胰岛素前体（PI5.3，浓度1.2g/L）及大量E.coli杂蛋白（PI6.0–7.5）。设计一条三步层析路线，要求：1.去除核酸与内毒素；2.胰岛素前体纯度≥90%；3.收率≥80%。给出每步原理、填料、缓冲液及预期结果，并画简要流程框图。【参考答案】步骤1：阴离子交换（QSepharoseFF）缓冲液：20mmol/LTris-HCl,pH8.0,0.15mol/LNaCl原理：PI5.3的PI前体带负电吸附，核酸与内毒素高负电荷更强吸附，部分杂蛋白流穿。洗脱：线性NaCl0.15→0.5mol/L，收集0.25–0.35mol/L组分，PI前体纯度35%，收率95%。步骤2：疏水相互作用（PhenylHP）缓冲液：1.5mol/L(NH₄)₂SO₄,50mmol/LPB,pH7.0原理：高盐下PI前体疏水性强，吸附后杂蛋白流穿；降低盐浓度洗脱。洗脱：线性(NH₄