制药分离工程试题及答案

制药分离工程试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列分离过程中，属于平衡分离过程的是（）A.过滤B.离心沉降C.液液萃取D.超滤答案：C解析：平衡分离过程依据组分在两相间的分配平衡差异实现分离，如萃取、蒸馏、吸附等；过滤、离心、超滤均属于速率（机械）分离过程。2.盐析法沉淀蛋白质时，最常用的盐析剂是（）A.氯化钠B.硫酸钠C.硫酸铵D.磷酸钠答案：C解析：硫酸铵溶解度大、温度系数小、不易引起蛋白质变性且价格低廉，是盐析法中最常用的盐析剂。3.微滤膜的孔径范围一般为（）A.0.01～0.1μmB.0.1～10μmC.1～100nmD.0.5～5nm答案：B解析：微滤膜孔径约为0.1～10μm；超滤膜为1～100nm；纳滤膜约为0.5～5nm。4.蛋白质在等电点时的溶解度（）A.最大B.最小C.无明显变化D.为零答案：B解析：等电点时蛋白质净电荷为零，分子间静电排斥减弱，易聚集沉淀，故溶解度最低。5.凝胶过滤色谱中，最先流出色谱柱的组分是（）A.相对分子质量最小的组分B.相对分子质量最大的组分C.与凝胶吸附最强的组分D.带电荷量最多的组分答案：B解析：大分子不能进入凝胶孔内，流经路径短，故先流出；小分子进入孔内，路径长，后流出。6.下列体系中，不属于双水相体系的是（）A.PEG/葡聚糖B.PEG/磷酸盐C.PEG/硫酸镁D.乙酸乙酯/水答案：D解析：双水相体系由两种水溶性聚合物或一种聚合物与一种盐在水中形成；乙酸乙酯/水属普通有机溶剂-水液液萃取体系。7.超临界流体萃取中最常用的萃取剂是（）A.水B.二氧化碳C.乙醇D.正己烷答案：B解析：CO2临界温度低（31.18.离子交换色谱分离蛋白质的主要依据是（）A.分子大小的差异B.带电性质与电荷量的差异C.疏水性的差异D.与配基特异性结合的差异答案：B9.反胶团萃取中，表面活性剂在有机溶剂中形成的聚集体结构为（）A.亲水头朝向胶团内部、疏水尾朝向有机溶剂B.亲水头朝向胶团外部、疏水尾朝向内部C.疏水头朝向胶团内部、亲水尾朝向有机溶剂D.平板双层膜结构答案：A解析：反胶团中表面活性剂极性头朝内聚集形成"水池"，可增溶水及蛋白质，疏水尾伸向有机溶剂。10.结晶过程中，溶液过饱和度是结晶的（）A.推动力B.阻力C.晶型决定因素D.杂质来源答案：A二、填空题（每空1分，共15分）1.按分离机理分类，制药分离过程可分为＿＿＿＿分离过程和＿＿＿＿分离过程两大类。答案：平衡；速率2.盐析法沉淀蛋白质时，蛋白质的溶解度随中性盐浓度的增大而＿＿＿＿。答案：降低（减小）3.蛋白质在＿＿＿＿pH值时净电荷为零，此时其溶解度＿＿＿＿。答案：等电点；最小（最低）4.膜分离中，单位时间内通过单位膜面积的透过液体积称为＿＿＿＿。答案：膜通量（透过通量）5.超临界二氧化碳的临界温度为＿＿＿＿​∘答案：31.1；7.386.凝胶过滤色谱中，相对分子质量大的组分＿＿＿＿流出色谱柱。答案：先7.亲和色谱中常用的洗脱方式包括＿＿＿＿洗脱和＿＿＿＿洗脱。答案：特异性（竞争性）；非特异性8.结晶过程由＿＿＿＿和＿＿＿＿两个基本阶段组成。答案：晶核形成（成核）；晶体生长（晶体成长）9.恒速干燥阶段的干燥速率主要由＿＿＿＿控制；降速干燥阶段的干燥速率主要由＿＿＿＿控制。答案：表面汽化（表面气化）；内部水分扩散三、判断题（每题1分，共10分）1.过滤操作属于平衡分离过程。答案：错误解析：过滤依据粒径与密度差异实现固液分离，属于速率（机械）分离过程，而非平衡分离过程。2.超滤膜可有效截留蛋白质等大分子物质，而让小分子盐类透过。答案：正确3.调节溶液pH至蛋白质等电点，即可使目标蛋白质完全沉淀。答案：错误解析：等电点时蛋白质溶解度最低但并非为零，欲实现完全沉淀还需结合盐析、有机溶剂沉淀等手段。4.反胶团萃取中，表面活性剂的亲水头朝向胶团内部，疏水尾朝向有机溶剂。答案：正确5.结晶操作中，溶液过饱和度越大，所得晶体颗粒往往越大。答案：错误解析：过饱和度增大时成核速率急剧加快，晶核数量增多，晶体粒度反而变小。6.亲和色谱是利用生物分子间特异性亲和作用实现分离纯化的高选择性方法。答案：正确7.纳滤膜对二价盐的截留率通常高于对单价盐的截留率。答案：正确8.蒸发操作中，加热蒸汽的温度一定高于二次蒸汽的温度。答案：正确解析：加热蒸汽作为热源，其温度高于溶液沸点；二次蒸汽由溶液蒸发产生，温度等于或略低于溶液沸点。9.恒速干燥阶段的干燥速率主要由物料内部水分扩散控制。答案：错误解析：恒速干燥阶段受物料表面汽化控制，降速干燥阶段才由内部水分扩散控制。10.结晶水属于结合水分，在常规干燥条件下较难去除。答案：正确四、简答题（每题5分，共25分）1.简述超临界流体萃取的基本原理，并说明超临界CO答案：超临界流体的溶解能力与其密度密切相关，而超临界流体的密度对压力和温度变化十分敏感。在临界点附近，通过调节操作压力或温度，可使流体对溶质的溶解能力发生数量级变化，从而实现溶质的萃取与分离。CO2的优点包括：临界温度低（31.12.简述膜污染的危害及常用的膜清洗方法。答案：（1）膜污染的危害：料液中的胶体粒子、大分子溶质及微生物等在膜表面或膜孔内吸附、沉积，造成膜孔径变小或堵塞，导致膜通量下降、截留性能改变、膜使用寿命缩短。（2）常用膜清洗方法：物理清洗法，包括水力反冲洗、气水反冲洗、超声波清洗等；化学清洗法，包括酸洗（去除无机垢）、碱洗（去除有机污染物）、氧化剂清洗（如次氯酸钠）、酶清洗和表面活性剂清洗等。3.比较凝胶过滤色谱与离子交换色谱在分离原理上的区别。答案：凝胶过滤色谱依据被分离组分的分子大小差异实现分离。凝胶颗粒内部具有多孔网状结构，大分子不能进入孔内，沿颗粒间隙流动，路径短、先流出；小分子可进入孔内，路径长、后流出，洗脱过程缓冲液组成保持恒定。离子交换色谱依据被分离组分的带电性质与电荷量差异实现分离，带电组分与离子交换剂之间产生静电吸附，结合力强弱不同导致迁移速度不同，通过提高洗脱液盐浓度或改变pH进行梯度洗脱，实现各组分的依次分离。4.简述影响结晶产品粒度的主要因素及控制措施。答案：（1）过饱和度：过饱和度增大时成核速率显著加快，晶核过多，粒度变小，应控制适宜过饱和度；（2）温度：温度影响溶解度和过饱和度，进而影响晶体生长速率，应保持稳定的结晶温度；（3）搅拌强度：搅拌可促进传质并使粒度均匀，但搅拌过强会打碎晶体，应选择适当转速；（4）杂质：杂质可能吸附于晶体表面抑制生长或改变晶习，需控制料液纯度；（5）停留时间：适当延长晶体在结晶器内的停留时间有利于晶体长大，但过长会因磨损使粒度减小。5.简述亲和色谱的基本原理及常用配基类型。答案：亲和色谱是利用生物分子与其特异性配基之间的亲和吸附作用进行分离纯化的色谱技术。将配基偶联到固相载体上，当样品通过色谱柱时，目标蛋白与配基特异性结合而被吸附，杂蛋白不结合而直接流出；随后通过改变洗脱条件（如降低pH、增加离子强度或加入游离竞争配体）使目标蛋白解吸附，获得高纯度产品。常用配基包括：抗原或抗体、酶与底物类似物、凝集素与糖蛋白、金属离子（固定化金属亲和色谱）等。五、计算题（每题10分，共20分）1.某超滤膜组件用于处理蛋白质料液，膜有效面积为A=0.5 m2(1)膜的透过通量J（以L/(2)透过液中蛋白质浓度Cp(3)若通量恒定，运行1h时的透过液总量。答案：(1)由膜通量定义J=VAJ(2)由截留率定义R=C(3)通量恒定时：V解析：注意时间单位换算，30min=0.5h。膜通量是表征膜透过性能的核心参数；截留率反映膜对溶质的分离能力，其数值越接近1，透过液中溶质浓度越低。2.某抗生素水溶液体积为100L，溶质浓度为5 g/L。在25​∘C下用等体积乙酸乙酯进行单级萃取。已知该抗生素在乙酸乙酯与水两相间的分配系数K(1)平衡后水相中抗生素浓度Cw(2)平衡后有机相中抗生素浓度Co(3)单级萃取率E。答案：料液中抗生素总量为：m设平衡后水相浓度为Cw，则有机相浓度C500(1)水相浓度：C(2)有机相浓度：C(3)萃取率：E亦可由等体积单级萃取公式直接计算：E=解析：单级萃取物料衡算是本题核心。分配系数K越大，萃取率越高；当两相体积相等时，萃取率仅与K有关，即E=六、综合论述题（每题10分，共10分）1.某重组蛋白药物在大肠杆菌中表达，目的蛋白以包涵体形式存在于胞内。请设计一条完整的分离纯化工艺流程，并论述各步骤的目的及关键控制点。答案：(1)发酵液预处理与菌体收集：采用离心或膜过滤进行固液分离，收集菌体，去除培养基残留。关键控制点为固液分离效率及料液温度控制，防止蛋白降解。(2)细胞破碎：采用高压匀浆法破碎大肠杆菌细胞，释放包涵体。关键控制点为操作压力、循环次数与破碎率（一般要求破碎率大于90%），同时需控制破碎过程温度。(3)包涵体洗涤与收集：破碎液经离心收集包涵体沉淀，用含低浓度变性剂（如1%～2%TritonX-100）及EDTA的缓冲液洗涤，去除膜碎片、脂质和杂蛋白。关键控制点为洗涤液组成、洗涤次数与离心条件，以尽量提高包涵体纯度。(4)包涵体溶解：用高浓度变性剂（如6～8mol/L尿素或6mol/L盐酸胍）溶解包涵体，使目的蛋白完全变性伸展，并加入还原剂（如DTT）还原错配的二硫键。关键控制点为变性剂浓度、pH和溶解时间，确保蛋白完全溶解。(5)复性：通过稀释、透析或色谱复性方法逐步去除变性剂，使蛋白质重新折叠为天然活性构象。关键控制点为蛋白浓度（一般控制在0.1～1mg/mL）、氧化还原体系比例（如GSH/GSSG）、pH、温度及复性时间。复性收率是全过程的核心难点。(6)初步纯化：复性液经超滤浓缩后进行盐析沉淀或疏水色谱，去除大量杂蛋白。关键控制点为盐析饱和度、pH及操作温度。(7)精细纯化：采用离子交换色谱、凝胶过滤色谱（或亲和色谱）组合纯化，获得高纯度目的蛋白。关键控制点为