混合物的分离大班教案

混合物的分离大班教案（共9篇）

混合物的分离大班教案 篇1

教科版三年级科学下册《分离混合物》教案

课 题：分离混合物

教学目标：

1．知道物质混合后性能可能会发生变化，也可能不发生变化。

2．通过分析混合物的特征使学生掌握一些分离方法，并将这些方法灵活应用于实际生活当中。

重 点：材料不同，分离的方法就不同。让学生体会到分离混合物时一定要注意观察混合物的性质，已有知识、经验的基础上，集思广益，想出更多分离办法

难 点：材料不同，分离的方法就不同。让学生体会到分离混合物时一定要注意观察混合物的性质，已有知识、经验的`基础上，集思广益，想出更多分离办法

教 具：粳米、面粉、铁屑、木屑、磁铁、水、盛水的容器、筛子、盒子、簸箕、餐巾纸或过滤纸、黑墨水、绿墨水、滴管、喷壶等

方 法：

教学过程：

一、我们每天制造着许多混合物，但同时也需要把有些混合物分开。今天，老师就和同学们一起来分离混合物（板书课题）

二、分离混合物――粳米和面粉

1．出示面粉盒，将一粒粳米放入面粉盒内，提问：你怎样将它们分开

2．学生操作（也许学生会用捡的方法）

3．将几粒粳米放入面粉盒里，提问：你怎样将它们分开

4．抓一把粳米放入面粉盒内，使面粉和粳米充分混合，提问：这时你应该怎样将它们分开

5．学生思考、交流

6．尝试操作 倾斜装有混合物的盒子，反复敲打盒底；用筛子筛；用簸箕簸……看能不能把它们分开

三、分离混合物――铁屑和木屑

1．出示铁屑和木屑混合物

2．讨论：我们能找到多少种方法把铁屑和木屑分开

3．分组实验、记录分离的过程和方法

4．小组汇报交流：

四、小结

有些物质混合后仍然保持原来的性质和状态，如木屑和铁屑；有些物质混合后发生了变化，如盐和水混合成为盐水。这节课通过分离粳米和面粉的混合物、铁屑和木屑的混合物，同学们都掌握了一些分离混合物的方法。其实，根据混合物的性质不同，分离的方法也是多种多样的。此外，还有一种分离墨水的方法现在已用在中药研究中，用来把草药中有治疗功效的成分分离出来。

混合物的分离大班教案 篇2

1 模拟研究

通用模拟软件一般可以在给定可靠的热力学方法、基础数据, 通过软件中带有的模块, 通过物料平衡、热量平衡、相平衡和化学平衡计算, 模拟计算合适的设备和操作条件, 通过模拟还可进行方案比较、灵敏度分析和最优化等。模拟既可以对待建装置优化设计, 也可以对已有装置增效改造。本文采用的是大型通用化工稳态流程模拟软件Aspen Plus, 该软件拥有强大的纯组分库、验证了的物性模型、数据和估算方法。经过20多年来不断地改进、扩充和提高, 该软件已广泛应用于各种化学、化工过程严格的质量和能量平衡计算, 已成为举世公认的标准大型流程模拟软件。

1.1 物性计算方法及数据回归

物性计算方法和数据库准确选择是模拟计算的关键, 本分离体系含有的组分为甲醇、DMC及邻二甲苯, 属于极性液相体系, 按照化工热力学理论, 常压下宜于采用Wilson、NRTL等活度系数模型模拟。在应用上述模型模拟中发现:在Aspen Plus数据库中, 缺少上述组分的交互作用参数, 采用Unifac估算, 结果可能出现较大错误。本例中采用Unifac估算模拟后发现:DMC与甲醇不存在共沸点, 因此与实际偏差较大, 无法直接对该体系进行仿真模拟。

Aspen Plus软件带有的Data Regression模块可以将实验数据回归, 从而确定热力学模型中所需的交互作用参数。文献[8,9]提供了上述组分相平衡实验数据和交互作用参数等。利用实验数据及Data Regression模块完成交互作用参数回归, 获得常压下的模拟的二元相平衡曲线如下图1～4所示, 由图2可见与文献实验值吻合较好, 表明获得的模型参数可以用于后续的模拟计算过程。

1.2 分离流程设计

从上图1、图2可见, DMC与甲醇形成了二元的共沸物 (其质量比约为30:70) , 目前各种合成方法获得的DMC、甲醇混合物中DMC质量含量一般在16%～28%左右, 低于共沸物的组成, 从图2可以看出, 如果混合液中DMC低于共沸点组成, 采用常规蒸馏分离塔顶获得的是碳酸二甲酯和甲醇二元共沸物, 塔底可以得到纯度较高的甲醇, 无法获得纯度很高的DMC。采用萃取精馏进一步分离共沸物可以获得纯度较高的DMC产品, 分离过程中获得的甲醇和萃取剂可循环利用。设计的三塔分离流程如图5所示。

第1塔 (Azotrop) 为共沸物分离塔, 塔顶获得到共沸混合物, 塔底流主要为甲醇可作为反应物料返回反应合成系统加以利用。第2塔 (Extract) 为萃取精馏塔, 采用邻二甲苯为萃取剂进行萃取精馏, 使得甲醇与DMC彻底分离, 塔顶为含少量DMC的甲醇溶液, 控制塔顶流中的DMC含量, 该物流循环回第1塔前, 与新鲜原料一起混合后作为原料进入1塔进行分离, 塔底流进入第3塔 (Solv-Rec) 萃取剂回收及产品塔, 通过精馏分离, 在3塔塔顶获得纯度高的DMC, 塔底主要是萃取剂邻二甲苯, 这部分萃取剂与补充的少量新鲜邻二甲苯一起混合、冷却后, 送至第2塔作为循环萃取剂加以利用, 整个分离流程物料流都进行了循环利用。

1.3 萃取塔优化

为了获得合理的设计参数, 模拟了反应混合液质量组成为甲醇为86%, 碳酸二甲酯为14%, 流量为115kg/h的分离提纯过程。利用Aspen Plus 中的灵敏度模块 (Sensitivity) 对图5给出的流程各个单元设备进行了优化分析, 在图5的流程中, 要求在第3塔塔顶获得质量含量达99.7%以上的DMC, 关键是控制萃取精馏塔底流股 (图中 RICH流) 甲醇含量足够低, 下面重点以优化第2塔 (萃取精馏塔) 为例, 分别模拟分析了萃取剂用量、萃取塔理论板数、共沸物在萃取塔进料位置对于萃取塔底部甲醇残留量的影响, 从而确定萃取精馏塔的工艺参数, 给出部分结果如图6～图8。

通过对以上模拟优化曲线分析, 确定萃取精馏塔的理论板数为48, 共沸物进料位置为40块板, 萃取剂进料量为700kg/h, 其它工艺条件参数详见表1所示。

2 结 论

(1) 基于Aspen Plus软件, 利用软件带有的模块对数据库中缺少的数据依据文献数据进行了回归填充, Wilson模型模拟值与文献值温吻合较好, 从而完善了模拟所需的基础数据, 可以用于后续的模拟研究;

(2) 通过流程设计、严格法模块与灵敏度模块模拟分析, 获得了三塔萃取精馏分离DMC和甲醇的分离工艺和相关工艺参数, 产品DMC的纯度可达99.7%, 模拟流程可以用于指导实际生产过程。

摘要：基于Aspen Plus软件和文献实验数据, 利用软件数据回归功能及wilson热力学模块, 完成了数据库中组分缺少的相互作用参数回归, 获得了模拟所需基础数据, 与文献值比较模拟值吻合较好。设计了体系的3塔分离流程, 采用严格模拟和灵敏度分析模块完成精馏塔的设计和操作参数的优化, 从而获得了纯度达到99.7%的DMC精馏分离流程和操作条件, 模拟结果可以用于指导实际过程的分析和设计。

关键词：DMC,邻二甲苯,萃取,模拟

参考文献

[1]方云进, 肖文德.绿色工艺原料-碳酸二甲酯[J].化学通报, 2000, 63 (9) :9-19.

[2]韩萍, 芳李扬, 王延儒.碳酸二甲酯-甲醇共沸物的分离方法研究进展[J].江苏工业学院学报, 2004, 15 (4) :61-64.

[3]Won Wooyong, Feng Xianshe, Lawless Darren.Pervaporation with Chi-tosan Membranes:Separation of Dimethyl Carbonate/methanol/waterMixture[J].Journal of Membrane Science.2002, 209 (2) :142-145.

[4]李春山, 张香平, 张锁江, 徐全清.加压-常压精馏分离甲醇-碳酸二甲酯的相平衡和流程模拟[J].过程工程学报, 2003, 3 (5) :453-458.

[5]李扬, 袁苏霞, 吕效平.间歇萃取精馏分离碳酸二甲酯与甲醇恒沸物[J].化工进展, 2008, 27 (9) :1400-1402.

[6]肖博文, 方云进, 徐晋林.一种甲醇和碳酸二甲酯共沸物的分离方法[P].中国专利1212172A, 1999.

[7]翟小伟, 杨伯伦, 邱鹏, 等.萃取精馏分离甲醇和碳酸二甲酯二元共沸物[J].西安交通大学学报, 2008, 42 (1) :91-95.

[8]张立庆, 李菊清, 丁江浩, 等.碳酸二甲酯-甲醇-邻二甲苯三元体系汽液相平衡研究[J].石油与天然气化工, 2004, 33 (1) :4-6.

混合物的分离大班教案 篇3

一、活动目标

1.感知水和油不相容的特征，知道洗洁精能分解油

2.能观察油和水的分离现象并表述观察结果

3.愿意并积极参与科学实验活动，体验科学带来的乐趣

二、活动重点：能观察油和水的分离现象并表述观察结果，感知水和油不相容的特征

三、活动难点：知道洗洁精能分解油

四、活动准备

油、水、一次性透明杯子、筷子、洗洁精、音乐一段

五、活动过程

（一）导入

1.老师：用手拿不起，用刀劈不开，煮饭和洗衣，都得请我来。(水)

2.老师：本来我们今天是要做一个水的实验，但是昨天老师不小心把油倒到了水里面，现在老师就要请小朋友们来帮帮老师，把油和水分开来？（搅拌等）

游戏分组，两人一组，一名小朋友负责实验，另一名小朋友观察现象

3.出示实验材料（油、水、洗洁精）

（二）幼儿自主探索

1.证实猜想是否正确，请小朋友做一个小实验。

规则：

(1)每小组一杯油一杯水一杯洗洁精，先操作、再观察

(2)操作时保持桌面的干净

3.幼儿操作，教师巡回指导

（三）幼儿分享结果，教师讲解油水分离的原理

1.幼儿分享实验结果，老师：小朋友们，你们知道为什么油和水不会融合在一起吗？是因为油要比水稍微要轻一些，所以油就会浮在我们的水上面。

教师出示准备好的天平

2.幼儿分享实验结果，教师小结：因为洗洁精中活性剂和乳化剂，它们会把我们水中的油分散，所以我们看起来油水就融合在一起了。

六、结束部分

混合物的分离大班教案 篇4

反相高效液相色谱法分离测定烟草中的多酚类化合物

对植物中9种多酚类化合物的色谱分离条件进行了优化,分别探讨了流动相组成、流动相中醋酸浓度、醋酸溶液与甲醇的比例对保留时间的影响,确定了梯度分离条件,并对9种天然多酚类化合物进行了定量分析.该方法的检测限为13.26～59.29 mg/kg(S/N=3).在3.0～100.0 mg/L范围内呈良好的线性关系,相关系数r2为0.997 9～0.999 9.9种待测化合物的加标回收率为96.8%～108%,相对标准偏差(RSD)小于3.8%(n=3).用80%甲醇超声提取烟草样品,并通过优化的色谱条件对其进行分析,测定了实际烟草样品中芸香苷和绿原酸的.含量.结果表明,该方法具有一定的实用价值.

作 者：李福娟 蔡文生 邵学广 LI Fujuan CAI Wensheng SHAO Xueguang 作者单位：南开大学化学系分析科学研究中心,天津,300071刊 名：色谱 ISTIC PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF CHROMATOGRAPHY年，卷(期)：25(4)分类号：O658关键词：反相高效液相色谱 超声波提取 多酚 烟草

分离定律教案 篇5

【课时安排】 2课时 【教材分析】

本节课位于苏教版版高中生物必修2模块第三章第一节，由一对等位基因控制的一对相对性状的遗传定律。教材首先介绍了孟德尔的杂交试验方法和试验现象。接着，讲述孟德尔用“遗传因子”(后来称为基因)对试验现象进行的分析，即阐明了分离现象产生的原因，以及对分离现象解释的验证。然后，运用前面所学的有关染色体和基因的知识，归纳总结出了基因分离定律的实质。最后，介绍分离定律在生产和医学实践中的应用。本小节在编定上，注意采用从现象到本质的方式，以便使学生能够逐步深入地理解教学内容。

【学情分析】

在此之前学生已经学习了减数分裂和受精作用并且知道了基因和染色体的关系，对遗传学所涉及到的各种概念以及孟德尔的一对相对性状的杂交实验过程也有了一定的了解，但是对这部分内容的高考考查方式及这些零散的知识在具体的题目情景中怎么应用还不是很清楚，理解起来有一定难度，所以本节课旨在教会学生知道高考的考查方式并通过标杆题分析归纳出解题的思路并能够灵活运用。

【教学目标】

1、知识目标：

（1）识记有关遗传定律的基本概念和术语

（2）理解孟德尔对相对性状的遗传试验过程及其解释

（3）理解基因的分离定律的本质

2、能力目标：

（1）对孟德尔遗传实验过程、结果和解释进行介绍，训练学生归纳总结的能力

（2）了解一般的科学研究方法：假说——试验验证——理论（3）掌握在遗传学研究中常用的符号及应用（4）解答遗传学相关习题的能力

3、情感目标：

对孟德尔生平及研究过程进行介绍，进行热爱科学、献身科学的教育

【教学重点】

（1）孟德尔相对性状的实验过程；

（2）对分离现象的解释及常用遗传学术语的识记；（3）基因的分离定律的本质

【教学重点】

（1）对分离现象的解释；（2）遗传图解的写法

【教学准备】

PPT课件

【教学过程】

第一课时

（一）设疑导入，创设学习情景：

导入：如果双亲都是双眼皮，其子女一定双眼皮吗？如果一对肤色正常的夫妇生了一个白化病的儿子，这是前世造孽还是现世报应呢？想知道是怎么回事吗，其实这些问题孟德尔在一百多年之前给了我们一定的答案，一起来看看。（设疑导入法）

老师：介绍关于孟德尔的生平

学生：看书讨论总结，老师点拨。（看书讨论，培养学生独立思考的能力以实现能力目标和情感目标）

（二）一对相对性状的实验

老师：为什么孟德尔选择豌豆作为实验的材料？

介绍原因。由此提出“相对性状”的概念

刚才我们提到杂交这个名词？谁能告诉我什么是杂交法呢？孟德尔又是怎样进行杂交实验呢？同学们可以从同种生物、同一性状、不同表现类型等方面进行总结。（关键词总结归纳知识——突破教学难点并实现知识目标点）学生：在学生阅读、讨论。

老师：孟德尔选择具有一对相对性状的亲本（P）杂交，得到杂种第一代，即子一代（F1），F1的所有植株只表现出一个亲本的性状。如：

亲本（P）紫花豌豆 × 白花豌豆

子一代（F1）紫花豌豆 ×○（自花授粉）

子二代（F2）紫花豌豆 紫花豌豆 紫花豌豆 白花豌豆

（边讲边画出杂交歩骤，简洁明了。便于学生理解）

注：

F1：子一代 P：亲本 F2：子二代 ×：杂交 ×○：自交

显性性状：F1表现出来的亲本性状。如紫花 隐性性状：F1没有表现出来的亲本性状。如白花

性状分离：杂种后代中出现不同亲本性状的现象。如子二代表现出来的性状

学生：记忆消化以上内容

（三）对分离现象的解释

科学研究是建立在问题提出基础上的解决问题，揭示科学规律。

老师：我们在初中课本上就学到过DNA，日常生活中听过基因，那么什么是基因？（导入未讲知识并考察学生的预习情况——问题法）

学生：基因是控制生物性状的遗传物质的功能和结构单位。

老师：是的，答得对极了。我们知道控制显性性状的是显性基因，用大写字母表示，如A。控制隐性性状的是隐形基因，用小写字母表示，如a。（清晰总结实现知识目标）如下所示：

亲本（P）紫花豌豆 × 白花豌豆

AA aa

子一代（F1）紫花豌豆（自花授粉）

Aa

子二代（F2）紫花豌豆 紫花豌豆 紫花豌豆 白花豌豆

AA Aa AA aa（边讲边画出杂交歩骤，简洁明了。便于学生理解）注：

A：显性基因 a：隐形基因

紫花豌豆：白花豌豆=3:1 AA： Aa ：aa =1:2:1 老师：不止是紫花白花性状，还有我们在积极思维栏目中看到的其他相对性状都是由等位基因控制的。那这就要问问大家了，什么是等位基因？

学生：同源染色体上决定一对相对性状的两个基因，如紫花基因和白花基因。

老师：很好，看来大家都学得不错了。现在大家再看看这部分内容还有哪些是模糊的，还有的就问，争取当堂内容当堂解决。

（四）测交

老师：孟德尔虽然做了以上这些性状分离实验，但是他也不知道自己做的到底对不对？后来他就又设计了一个实验进行论证。这就是我们接下来要讲的测交。同学们也都预习过了，时间关系我们就直接看看测交图解

F1测交 F1紫花 × 白花 Aa aa

配子 A a a

测交后代 紫花 白花 Aa aa 比例 1 ： 1

测交实验的结果不仅证实了他的推断，同时还证明了F1是杂合子。杂合子中的等位基因在形成配子时要发生分离，分离后的基因分别进入到不同的配子中。（归纳法、举例法突 3 破教学重难点并实现知识目标点）

第二课时

（一）复习巩固

老师：上节课我们学习了一对相对性状的杂交实验，请同学来复述一下实验过程。学生：上黑板板书一对相对性状的杂交实验的遗传图解。

（二）基因分离定律的实质

老师：图示等位基因的概念和位置。当细胞进行减数分裂时，等位基因会随着同源染色体的分开而分离，分别进入到两个配子中，独立的随配子遗传给后代。这就是基因的分离定律。

图示基因分离定律规律的细胞学基础

（三）基因型和表现型的关系

老师：在遗传学上，我们还应了解两个概念。即基因型和表现型。表现型是指生物个体实际表现出来的性状。如紫花。而表现型是指与表现型有关的基因组成。如紫花的基因型是AA和Aa。基因型在很大程度上决定着生物个体的表现型，但是有些也受环境影响。如水毛茛（清晰总结以实现知识目标）

（四）方法和应用

老师：孟德尔花了8年的时间做成了今天我们看到的基因分离定律，那他成功的秘诀究竟是什么呢？（问题导入吸引学生的注意力）

学生：兴趣、选对了材料、用对了方法、坚持不懈等。

老师：没错，人家都说兴趣是最好的老师，选对材料是成功的第一步，方法也是个必不可少的原因即“假说——试验验证——理论”，最后只要坚持不懈都可以获得成功。（再次对学生进行情感教育以实现情感目标）

老师：那他研究这些到底有什么用呢？ 学生：？？？ 老师：研究好基因的分离定律并将其运用到人类衣食住行中，让人们知道人类的有些病究竟是怎么回事。如小麦抗锈病、人类遗传病、人类多指等。1.杂交育种

①隐性基因控制的优良性状

②显性基因控制的优良性状：连续自交 2.医学上的应用

①隐性基因控制的遗传病 ②显性基因控制的遗传病 3.确定显隐性方法

①定义法 ②自交法

4.确定基因型的方法

①由表现型直接写基因型

②由亲代（或子代）的基因型推测子代（或亲代）的基因型 5.求概率

一表现型正常的夫妇，男方父亲白化，女方父母正常，但其弟白化，求他们生育一个白化病孩子的几率？

【课堂小结】 这节课要重点掌握孟德尔的一对相对性状的遗传试验，理解相对性状、显性性状、隐性性状、性状分离等概念，掌握子二代的性状分离。

【板书设计】

第三章 遗传和染色体

第一节 基因的分离定律

（一）孟德尔简介

（二）一对相对性状的实验

亲本（P）紫花豌豆 × 白花豌豆 表现型

DD dd 基因型

子一代（F1）紫花豌豆（自花授粉）

Dd

子二代（F2）紫花豌豆 紫花豌豆 紫花豌豆 紫花豌豆

DD Dd Dd dd 注：

D：显性基因 d：隐形基因

紫花豌豆：紫花豌豆=3:1 DD ： Dd ：dd =1:2:1 F1：子一代 P：亲本 F2：子二代 ×：杂交 ×○：自交

（三）测交

F1测交 F1紫花 × 白花

Aa aa

配子 A a a 测交后代 紫花 白花 Aa aa 比例 1 ： 1 【作业设计】

混合语音信号的盲分离及排序技术 篇6

在真实环境下, 声源发出的声波在传输到麦克风的过程中, 会受到周围环境影响 (如反射、延时) 。通常这一非理想的声音传播通道可用一滤波器进行等效。因此被麦克风记录的信号可看成是声源信号经过卷积滤波的结果。特别是在多声源的环境中, 麦克风所记录的声音信号则是一种卷积混合的声源信号。从卷积混合信号中分离出目标声源, 是一项非常有挑战性的研究工作, 具有广阔的应用背景。语音盲分离方法有两种思路, 一种是直接在时域中构造反卷积滤波器, 其分离准则与瞬时混合情况基本相同, 但是由于解卷积FIR滤波器长度过长, 且涉及大量的卷积运算和参数调整, 使得时域方法计算较为复杂。另一种思路是通过短时傅立叶变换, 将信号变换到时频域。由于时域卷积相当于频域乘积, 因而可转化为各个频率点上的瞬时混合ICA问题, 使得问题得到很大简化。但这一简化却带来排序不确定和尺度不确定等问题.本文探讨了对盲信号的分离, 对尺度进行补偿和根据KL散度进行排序的实现方法, 在MATLAB环境中成功地实现语音信号的盲分离。

1 语音信号的卷积混合模型及其时频域ICA分离方法

在现实情况下, 由于真实语音环境中的反射和时延等效应的存在, 观测信号实际上为信源的卷积混合, 即:

其中, L为混合滤波器阶数, aij为第j个源到第i个传感器的冲激响应。频域解卷积的思路是对上式进行短时傅立叶变换, 将时域卷积问题转化为频域乘积, 然后采用瞬时复ICA算法对各频点观测向量X (fk) 进行处理, 得到频域分离矩阵W (fk) 以及对源S (fk) 的估计。

虽然Y (fk) 是对源信号S (fk) 的逼近, 但由于I-CA固有的幅度和排序不确定性, 使得在不同频点上, 它们之间各分量的对应关系出现混乱, 而且同一声源的幅度连续性也不能保证。因此在完成各频点的ICA分离后, 需要经过排序和尺度补偿, 在保证各频点分量排列正确且幅度连续性得到恢复的情况下, 再进行短时傅立叶逆变换, 最后将得到的时域信号重新截取组合得到对源信号的估计。频域解卷算法的流程图见图1。

2 常用ICA算法介绍

ICA是假设输入源信号为独立信号, 利用多信道观测, 通过变换使各信道数据尽量独立, 来逼近源信号的一种算法。目前常用的分离算法按步骤划分可以分为:批处理算法、自适应算法、探查式投影追踪算法。

2.1 批处理算法

指依据一批已经取得的数据X来进行处理, 而不是随着数据的不断输入做递归式处理。已有算法有: (1) 成对数据旋转法 (Jacobi法) 及极大峰度法 (Maxkurt法) ; (2) 特征矩阵的联合近似对角化法 (JADE法) ; (3) 四阶盲辨识 (FOBI) ; (4) JADE法和Maxkurt法的混合。

2.2 自适应算法

根据数据陆续得到而逐步跟新处理器参数, 使处理所得逐步趋近于期望结果, 即各分量独立。已有算法有: (1) 常规的随机梯度法; (2) 自然梯度与相对梯度; (3) 串行矩阵更新及其自适应算法; (4) 扩展的Infomax法; (5) 非线性PCA自适应法。

2.3 探查性投影追踪

按照一定次序把各独立分量一个一个的逐次提取出来, 每提取一个, 就将该分量从原始数据中去掉, 对剩下的部分提取下一个分量。已有算法有: (1) 梯度算法; (2) 旋转因子乘积法; (3) 固定点算法 (Fast ICA)

本项目中采用JADE算法来得到频域分离矩阵, 并在此基础上得到对源的估计。JADE算法实现步骤如图2所示。即在设计中实现算法分三步走: (1) 去均值 (2) 预白化处理 (3) JADE算法求出分离矩阵。

3 盲源分离的不确定性及解决方案

源信号在被恢复的过程中存在着一些不确定性, 为了得到高质量的源信号, 还必须对解混后的数据进行幅度补偿和排序调整。

“幅度不确定性”是一个难以解决的问题, 但使用“反投影”方法可以在一定程度上减轻尺度的不确定性对分离性能的影响对于排序不确定性, 本文将主要考虑利用“语音信号的相关性和不同信源之间的独立性”来解决“排序不确定性”问题。目前解决“排序的不确定性”问题的传统方法是采用互参数判据进行排序。常用的互参数判据有包络相关性、KL散度、高阶互累计量等。其理论依据为同源信号相邻频点的相关性及不同信号的不相关特性。本文运用KL散度方法进行了排序。KL散度描述的是两个概率密度函数间相似程度 (kullback-leibler散度) , KL散度可以用来度量任意多变量概率密度函数中各分量相互独立程度。对于连续信号计算公式为:

对于离散信号, KL散度的计算公式为:

本项目对分离后得到的Y (fk) 矩阵依据KL散度排序, 取得了较好分离效果。

4 语音盲分离的仿真实现及代码移植

我们采用了网站提供的音乐声和英文字母混合声音作为混合语音数据, 在MATLAB仿真环境中实现了分离。混合语音信号波形和分离后语音信号波形如图3、图4所示。实验表明, 分离效果较理想。

通过购买MATLAB自带的编译器, 在命令编辑栏输入:

MCC-M YOURNAME.M-C或MCC-MYOURNAME.M-C++, 可以将用户的MATLAB仿真程序直接转换为C代码和C++代码, 为程序移植提供良好基础。

参考文献

[1]一种基于多判据综合决策的语音信号频域盲解卷积排序算法.姚成, 张超.合肥学院学报.

混合物的分离大班教案 篇7

教学目的：学习各种常用分离和富集方法的原理、特点及应用，掌握复杂体系的分离与分析；分离法的选择、无机和有机成分的分离与分析。

教学重点：掌握各种常用分离和富集方法的原理、特点及应用。教学难点：萃取分离的基本原理、实验方法和有关计算。

8.1 概述

干扰组分指样品中原有杂质（溶解）或加入试剂引入的杂质，当杂质量少时可加掩蔽剂消除干扰，量大或无合适掩蔽剂时可采用分离的方法。分离完全的含义：（1）干扰组分少到不干扰；（2）被测组分损失可忽略不计。完全与否用回收率表示

回收率＝分离后测得的量100％

原始含量对回收率的要求随组分含量的不同而不同：

含量（质量分数）

回收率

1％以上

>99.9％

0.01－1％

>99%

0.01%以下

90－95％

常用的分离方法：沉淀、挥发和蒸馏、液－液萃取、离子交换、色谱等。8.1.1沉淀分离法

1.常量组分的分离（自己看书：5分钟）（1）利用生成氢氧化物

a.NaOH法

＋b.NH3法（NH4存在）

c.有机碱法

六次（亚）甲基四胺

pH＝5-6 d.ZnO悬浮液法

pH＝6（2）硫化物沉淀（3）有机沉淀剂

2.痕量组分的共沉淀分离和富集（1）无机共沉淀分离和富集

＋a.利用表面吸附进行共沉淀

CuS可将0.02ug的Hg2从1L溶液中沉淀出 b.利用生成混晶

（2）有机共沉淀剂 灼烧时共沉淀剂易除去，吸附作用小，选择性高，相对分子质量大，体积也大，分离效果好。a.利用胶体的凝聚作用进行共沉淀：辛可宁，丹宁，动物胶b.利用形成离子缔合物进行共沉淀：甲基紫，孔雀绿，品红，亚甲基蓝c.利用“固体萃取剂”进行共沉淀。8.1.2挥发和蒸馏分离法

挥发法：选择性高

As的氢化物，Si的氟化物，As、Sb、Sn、Ge的氯化物

＋蒸馏法：N－NH4－NH3（酸吸收）

利用沸点不同，进行有机物的分离和提纯。

8.2 液－液萃取分离法

8.2.1萃取分离法的基本原理

萃取：把某组分从一个液相（水相）转移到互不相溶的另一个液相（有机相）的过程。反萃取：有机相水相 •优点：1.萃取分离法设备简单；2.操作快速；3.分离效果好；

•缺点：1.费时，工作量较大；2.萃取溶剂常是易挥发、易燃和有毒的物质。1．萃取过程的本质

亲水性：易溶于水而难溶于有机溶剂的性质。金属离子在水中形成水合离子，具有亲水性，常见亲水基团有：-OH，-SO3H，-NH2，NH。疏水性：难溶于水而易溶于有机溶剂的性质。常见疏水基团有：烷基，卤代烷基，芳香基萃取过程的本质就是将物质由亲水性转化为疏水性的过程。2．分配系数和分配比

一定温度下，溶质A在水相和有机相达平衡，A(水)A（有机）

KDA有A水――分配定律

KD－分配系数，只与温度有关。

分配定律适用条件：(1).稀溶液，可用浓度代替活度；

(2).溶质在两相中均以单一的相同形式存在，没有其他副反应。

c有c水＝D

D－分配比。

（1）当D>1时，说明溶质进入有机相的量比留在水中的量多。在两相中以单一形式存在，溶液较稀时，KD＝D。

（2）配比并不是常数，与溶液的酸度、溶质的浓度等因素有关。3．萃取百分率：表示萃取的完全程度

EE和D的关系 被萃取物质在有机相中的总量100%

被萃取物质的总量coVoDD100%等体积萃取，E100%（1）当coVocwVwDVw/VoD1 E分配比不高时，可采用多次连续萃取的方法来提高萃取率。2.当D=1时，萃取一次的萃取百分率为50%；若要求萃取率大于90%，则D必须大于9；

•设Vw（ml）溶液内含有被萃取物m0（g），用Vo（ml）溶剂萃取一次，水相中剩余被萃取物m1（g），则进入有机相的质量是（m0-m1）（g），此时分配比为D故：m1m0Vw

DVoVwncom0m1/Vo cwm1/VwVw•若用Vo（ml）溶剂萃取n次，水相中剩余被萃取物为mn（g）：mnm0

DVVow8.2.2重要的萃取体系

1.螯合物萃取体系 2.离子缔合物萃取体系 3.溶剂化合物萃取体系 4.简单分子萃取体系

8.2.3萃取条件的选择（I）萃取平衡

• 金属离子Mn+与螯合剂HR作用生成螯合物MRn被有机溶剂所萃取，设HR易溶于有机相而难溶于水相，则萃取平衡表示： n++（M）W + n（HR）O=====（MRn）O + n（H）W

平衡常数称为萃取平衡常数Kex：

+n [MRn] O  [H] W Kex = —————————（8-8）

n+n [M]W  [HR] O

n [MRn] O Kex[HR] O

D = ———— = —————（8-9）

n++n [M]W [H] W

由式(8—9)可见，金属离子的分配比决定于Kex，螯合剂浓度及溶液的酸度。（II）萃取条件的选择主要考虑以下几点： a．螯合剂的选择 b．溶液的酸度 c.萃取溶剂的选择 d．干扰离子的消除 a．螯合剂的选择

• • • 螯合剂与金属离子生成的螯合物越稳定，即Kex越大，萃取效率就越高； 螯合剂含疏水基团越多，亲水基团越少，[HR] O越大，萃取效率就越高。螯合剂浓度

nb．溶液的酸度

• 溶液的酸度越低，则D值越大，就越有利于萃取。

• 当溶液的酸度太低时，金属离子可能发生水解，或引起其他干扰反应，对萃取反而不利。• 结论：必须正确控制萃取时溶液的酸度。

• 示例：用二苯基卡巴硫腙—CCl4萃取金属离子，都要求在一定酸度条件下才能萃取完全。

2+2-萃取Zn时，适宜pH为6.5一l0，溶液的pH太低：难于生成螯合物 pH太高：形成Zn02。

c.萃取溶剂的选择 • 原则：

（1）金属螯合物在溶剂中应有较大的溶解度。通常根据螯合物的结构，选择结构相似的溶剂。

（2）萃取溶剂的密度与水溶液的密度差别要大，粘度要小（3）萃取溶剂最好无毒、无特殊气味、挥发性小。• 例如：

含烷基的螯合物用卤代烷烃(如CCl4，CHCl3)作萃取溶剂 含芳香基的螯合物用芳香烃(如苯、甲苯等)作萃取溶剂 d．干扰离子的消除

（a）控制酸度： 控制适当的酸度，有时可选择性地萃取一种离子，或连续萃取几种离子

2+3+2+2+ 示例：在含Hg，Bi，Pb，Cd溶液中，控制酸度用二苯硫腙—CCl4萃取不同金属离子。

3（b）使用掩蔽剂： 当控制酸度不能消除干扰时，可采用掩蔽方法。

+2+ 示例：用二苯硫腙—CCl4萃取Ag时，若控制pH为2，并加入EDTA，则除了Hg，Au(III)外，许多金属离子都不被萃取。

8.2.4萃取分离技术 1.萃取方式

在实验室中进行萃取分离主要有以下三种方式。

a．单级萃取 又称间歇萃取法：通常用60一125mL的梨形分液漏斗进行萃取，萃取一般在几分种内可达到平衡，分析多采用这种方式。

b．多级萃取 又称错流萃取：将水相固定，多次用新鲜的有机相进行萃取，提高分离效果。c．连续萃取： 使溶剂得到循环使用，用于待分离组分的分配比不高的情况。这种萃取方式常用于植物中有效成分的提取及中药成分的提取研究。

• 萃取时间，一般从30s到数分钟不等。

2.分层

• 萃取后应让溶液静置数分钟，待其分层，然后将两相分开。• 注意：在两相的交界处，有时会出现一层乳浊液

产生原因：因振荡过于激烈或反应中形成某种微溶化合物

消除方法：增大萃取剂用量、加入电解质、改变溶液酸度、振荡不过于激烈 3.洗涤

• 所谓洗涤：就是将分配比较小的其它干扰组分从有机相中除去。

• 洗涤方法：洗涤液的基本组成与试液相同，但不含试样。将分出的有机相与洗涤液一起振荡。

• 注意：此法使待测组分有一些损失，故适用于待测组分的分配比较大的条件下，且一般洗涤1—2次。4.反萃取

• 反萃取：破坏被萃物的疏水性后，将被萃物从有机相再转入水相，然后再进行测定。• 反萃取液：酸度一定（与原试液不同），或加入一些其它试剂的水溶液。

• 选择性反萃取：采用不同的反萃液，可以分别反萃有机相中不同待测组分．提高了萃取分离的选择性。

8.3 离子交换分离法

利用离子交换树脂与溶液中的离子发生交换反应而进行分离的方法。此法可用于：（1）分离（2）富集微量物质（3）除去杂质，高纯物质的制备（去离子水）8.3.1离子交换剂的种类和性质

离子交换树脂是一种高分子聚合物。1．种类：

阳离子交换树脂：a.强酸型：活性基团-SO3H，在酸性、中性和碱性溶液中都能使用。国产#732树脂。

b。弱酸型：活性基团-COOH，-OH，在中性、碱性中使用。国产#724 阴离子交换树脂：a.强碱型：活性基团为季胺基[-N(CH3)3Cl]，在酸性、中性和碱性溶液中都能使用。国产#717

b.弱碱型：活性基团为伯、仲、叔胺基，在中性和酸性中使用。国产#707螯合树脂：含有特殊的活性基团，可与某些金属离子形成螯合物。－N(CH2COOH)2,国产#401 大孔树脂：氧化还原树脂：萃淋树脂：纤维交换剂：

2．结构：离子交换树脂为具有网状结构的高分子聚合物。例如，常用的聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂，就是以苯乙烯和二乙烯苯聚合后经磺化制得的聚合物。

3．交联度：指树脂中含交联剂（二乙烯苯）的质量分数。是树脂的重要性质之一。

交联度小：网眼大，对水膨胀性好，交换速度快，选择性差，机械性能差。

交联度大：网眼小，对水膨胀性差，交换速度慢，选择性好，机械性能高。树脂的交联度一般以4－14％为宜。4.交换容量：指每克干树脂所能交换的一价离子的物质的量(mmol)。是树脂性质的另一指标。

它决定于树脂网状结构内所含活性基团的数目。一般树脂的交换容量为3-6mmol/g。8.3.3离子交换分离操作 1.树脂的处理和装柱

先浸泡在水中－溶胀后－盐酸浸泡－洗至中性

2．交换：以一定速度由上向下经柱交换，“交界层”下移，几种离子中亲和力大的在上层，每种离子集中在柱的某以区域。

3.洗脱：洗脱(淋洗)就是将交换到树脂上的离子，用洗脱剂(或淋洗剂)置换下来的过程，是交换过程的逆过程。

4．树脂再生：

8.3.4离子交换分离法的应用 1.水的净化

2.微量组分的富集 3.阴阳离子的分离 4.相同电荷离子的分离

8.4 液相色谱分离法

何为色谱法？

其利用物质在两相中的分配系数（由物理化学性质：溶解度、蒸汽压、吸附能力、离子交换能力、亲和能力及分子大小等决定）的微小差异进行分离。当互不相溶的两相做相对运动时，被测物质在两相之间进行连续多次分配，这样原来微小的分配差异被不断放大，从而使各组分得到分离。8.4.1 纸上色谱分离法 1．方法原理

• • • • • 原理：纸上色谱分离法是根据不同物质在固定相和流动相间的分配比不同而进行分离的。固定相：滤纸——利用纸上吸着的水分(一般的纸吸着约等于自身质量20％的水分)流动相：有机溶剂 简单装置如图8—5所示

操作：点样、展开、干燥、显色得到如图8 — 6所示的色谱图、测定（定性和定量）

展开方式

• 上行法：展开速度慢、容易达到平衡，分离效果好 • 下行法：展开速度快、适用于易分离的组分分离

• 双向法：使用两种展开剂、90度展开、适用于难分离的混合物的分离 2．比移值

• 比移值〔R)：R＝a／b ff a为斑点中心到原点的距离cm b为溶剂前沿到原点的距离cm（1）Rf值最大等于1，最小等于零。（2）Rf值是衡量各组分的分离情况的数值（3）Rf值相差越大，分离效果越好（4）使用Rf值定性 3.应用

（1）甘氨酸、丙氨酸和谷氨酸混合氨基酸的分离

展开剂：正丁醇：冰醋酸：水＝4：1：2 显色：三茚酮

（3）萄糖、麦芽糖和木糖混合糖类的分离

展开剂：正丁醇：冰醋酸：水＝4：1：5 显色：用硝酸银氨溶液喷洒，即出现Ag的褐色斑点。

定性：由Rf值可判断是哪种糖；葡萄糖的Rf为0.16，麦芽糖的Rf为0.11．木糖的Rf是0.28。

8.4.2薄层色谱分离法 1.方法原理

原理： 薄层色谱分离法是将固定相吸附剂均匀地涂在玻璃上制成薄层板，试样中的各组分在固定相和作为展开剂的流动相之间不断地发生溶解、吸附、再溶解、再吸附的分配过程。不同物质上升的距离不一样而形成相互分开的斑点从而达到分离。操作方法：同纸上色谱法 展开方法： 1.固定相：

（1）硅胶：微酸性极性固定相，适用于酸性、中性物质分离（可以制备成酸度不同或碱性硅胶扩大使用范围）

（2）氧化铝：碱性极性固定相，适用于碱性、中性物质分离（可以制备成中性或酸性氧化铝扩大使用范围）

（3）聚酰胺：含有酰胺基极性固定相，适用于酚类、醇类化合物的分离（4）纤维素：含有羟基的极性固定相，适用于分离亲水性物质

• 根据制备方法不同，吸附剂又可以分为不同的活性，如：硅胶和氧化铝可以分为五级 2.展开剂：

（4）展开剂对被分离物质有一定的解吸能力和溶解度。（5）极性比被分离物质略小。吸附剂和展开剂的一般选择原则是：

• 非极性组分的分离选用活性强的吸附剂，用非极性展开剂；极性组分的分离，选用活性弱的吸附剂，用极性展开剂。实际工作中要经过多次实验来确定。

8.5 气浮分离法

8.5.1方法原理 何谓气浮分离法：

• 采用某种方式，向水中通入大量微小气泡，在一定条件下使呈表面活性的待分离物质吸附或粘附于上升的气泡表面而浮升到液面，从而使某组分得以分离的方法，称气浮分离 6 法或气泡吸附分离法。（浮选分离或泡沫浮选）。

• 分离和富集痕量物质的一种有效方法。

一.方法原理

• 原理：表面活性剂在水溶液中易被吸附到气泡的气—液界面上。表面活性剂极性的—端向着水相，非极性的一端向着气相(如图8—9)，含有待分离的离子、分子的水溶液中的表面活性剂的极性端与水相中的离子或其极性分子通过物理(如静电引力)或化学（如配位反应）作用连接在一起。当通入气泡时，表面活性剂就将这些物质连在一起定向排列在气—液界面，被气泡带到液面，形成泡沫层，从而达到分离的目的。二.分离的类型 1．离子气浮分离法

• 在含有待分离离子(或配离子)的溶液中．加入带相反电荷的某种表面活性剂，使之形成疏水性物质。通入气泡流，表面活性剂就在气—液界面上定向排列。同时表面活性剂极性的一端与待分离的离子连结在一起而被气泡带至液面。2．沉淀气浮分离法

• 在含有待分离离子的溶液中，加入一种沉淀剂(无机或有机沉淀剂)使之生成沉淀，再加入表面活性剂并通入氮气或空气，使表面活性剂与沉淀一起被气泡带至液面。3．溶剂气浮分离法

在水溶液上覆盖一层与水不相混溶的有机溶剂，当采取某种方式使水中产生大量微小气泡后，已显表面活性的待分离组分就会被吸附和粘附在这些正在上升的气泡表面。溶入有机相或悬浮于两相界面形成第三相．从而达到分离溶液中某种组分的目的。三.影响气浮分离效率的主要因素 a．溶液的酸度 b．表面活性剂浓度 c．离子强度

d．形成络合物或沉淀的性质 e．其他因素 一般要求气泡直径在0.1一0.5mm之间，气泡流速为l一2mL/cmmm为宜。气体通常用氮气或空气 四.应用

• 特点：

气浮分离法富集速度快，比沉淀或共沉淀分离快得多，富集倍数大，操作简便。

• 应用：环境治理、痕量组分的富集等。沉淀气俘分离法已成功地用于给水净化和工业规模的废水处理等。离子气浮分离法和溶剂气浮分离法目前在分析化学上应用较多。如用于环境监测中富集。

8.6 其它分离富集方法

8.6.1 固相微萃取分离法

固相微萃取分离法属于非溶剂型萃取法。其中直接固相微萃取分离法是将涂有高分子固相液膜的石英纤维直接插入试祥溶液或气样中，对待分离物质进行萃取，经过一定时间在固相涂层和水溶液两相中达到分配平衡．即可取出进行色谱分析。

1.压杆 2．筒体 3．压杆卡持螺钉 4.Z形槽 5.简体视窗 6．调节针头长度的定位器 7.拉伸弹簧 8.密封隔膜 9．注射针管 10.纤维联结管 11．熔融石英纤维

8.6.2 超临界流体萃取分离法

1.超临界流体是介于气液之间的一种既非气态又非液态的物态．它只能在物质的温度和压力超过临界点时才能存在。

2.超临界流体的密度较大，与液体相仿．所以它与溶质分子的作用力很强，像大多数液体一样，很容易溶解其他物质。另一方面，它的粘度较小，接近于气体，所以传质速率很高；加上表面张力小，容易渗透固体颗粒，并保持较大的流速，可使萃取过程在高效、快速又经济的条件下完成。3.二氧化碳与氨

8.6.3 液膜萃取分离法

由浸透了与水互不相溶的有机溶剂的多孔聚四氟乙烯薄膜把水溶液分隔成两相—萃取相与被萃取相；其中与流动的试样水溶液系统相连的相为被萃取相，静止不动的相为萃取相。试样水溶液的离子流入被萃取相与其中加入的某些试剂形成中性分子(处于活化态)。这种中性分子通过扩散溶人吸附在多孔聚四氟乙烯上的有机液膜中，再进一步扩散进入萃取相，一旦进入萃取相，中性分子受萃取相中化学条件的影响又分解为离子(处于非活化态)而无法再返回液膜中去。其结果使被萃取相中的物质——离子通过液膜进入萃取相中。8.6.4 毛细管电泳分离法

电泳分离是依据在电场中溶质不同的迁移速率。毛细管电泳分离法是在充有合流动电解质的毛细管两端施加高电压，利用电位梯度及离子淌度的差别，实现流体中组分的电泳分离。对于给定的离子和介质，淌度是该离子的特征常数，是由该离子所受的电场力与其通过介质时所受的摩擦力的平衡所决定的 8.6.5 微波萃取分离法

微波萃取分离法是利用微波能强化溶剂萃取的效率，使固体或半固体试样中的某些有机物成分与基体有效地分离，并能保持分析对象的原本化合物状态。微波萃取分离法包括试样粉碎、与溶剂混合、微波辐射、分离萃取等步骤，萃取过程一般在特定的密闭容器中进行。微波萃取分离法具有快速、节能、节省溶剂、污染小、仪器设备简单廉价，并可同时处理多份试样等优点，所以应用很广。

本章作业

混合物的分离大班教案 篇8

1.教学目标

1、尝试从血液中提取和分离血红蛋白

2、了解色谱法、电泳法等分离生物大分子的基本原理

2.教学重点/难点

教学重点：

凝胶色谱法的原理和方法 教学难点：

样品的预处理；色谱柱填料的处理和色谱柱的装填

3.教学用具

教学课件

4.标签

教学过程

（一）引入新课

蛋白质的知识回忆：

含量：占细胞干重的50％以上，是细胞中含量最多的有机化合物。

2、组成元素：C、H、O、N

3、基本单位：氨基酸

4、分子结构： 氨基酸—多肽—蛋白质

肽键：—CO—NH—

5、相对分子质量：高分子化合物 蛋白质是生命活动的主要承担者，是细胞内含量最高的有机化合物。对蛋白质的研究有助于人们对生命过程的认识和理解。所以需要从细胞中提取蛋白质进行研究。怎样提取蛋白质呢？

（二）蛋白质分子的差异性 1．基础知识

蛋白质的物化理性质：形状、大小、电荷性质和多少、溶解度、吸附性质、亲和力等千差万别，由此提取和分离各种蛋白质。

1．1凝胶色谱法（分配色谱法）：

（1）原理：（见课件图）分子量大的分子通过多孔凝胶颗粒的间隙，路程短，流动快；分子量小的分子穿过多孔凝胶颗粒内部，路程长，流动慢。

（2）凝胶材料：多孔性，多糖类化合物，如葡聚糖、琼脂糖。

（3）分离过程：

混合物上柱→洗脱→大分子流动快、小分子流动慢→收集大分子→收集小分子 ＊洗脱：从色谱柱上端不断注入缓冲液，促使蛋白质分子的差速流动。1．2缓冲溶液

（1）原理：由弱酸和相应的强碱弱酸盐组成（如H2CO3－NaHCO3，HC－NaC，NaH2PO4/Na2HPO4等），调节酸和盐的用量，可配制不同pH的缓冲液。

（2）缓冲液作用：抵制外界酸、碱对溶液pH的干扰而保持pH稳定。1．3凝胶电泳法：

（1）原理：不同蛋白质的带电性质、电量、形状和大小不同，在电场中受到的作用力大小、方向、阻力不同，导致不同蛋白质在电场中的运动方向和运动速度不同。

［思考］阅读投影补充材料后，填写下表：

（2）分离方法：琼脂糖凝胶电泳、聚丙烯酰胺经胶电泳等。

（3）分离过程：在一定pH下，使蛋白质基团带上正电或负电；加入带负电荷多的SDS，形成“蛋白质－SDS复合物”，使蛋白质迁移速率仅取决于分子大小。

例：聚丙烯酰胺凝胶电泳

1、在测定蛋白质分子量时常用十二烷基硫酸钠（SDS）—聚丙烯酰胺凝胶电泳。聚丙烯酰胺凝胶是由单体丙烯酰胺和交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺在引发剂和催化剂的作用下聚合交联成的具有三维网状结构的凝胶。

2.原理： 蛋白质在聚丙烯酰胺凝胶中的迁移率取决于它所带净电荷的多少以及分子的大小等因素。（SDS的作用）为了消除净电荷对迁移率的影响，可以在凝胶中加入SDS。

3.SDS作用机理: SDS能使蛋白质发生完全变性。由几条肽链组成的蛋白质复合体在SDS的作用下会解聚成单条肽链，因此测定的结果只是单条肽链的分子量。SDS能与各种蛋白质形成蛋白质—SDS复合物，SDS所带负电荷的量大大超过了蛋白质分子原有的电荷量。因而掩盖了不同种蛋白质间的电荷差别，使电泳迁移率完全取决于分子的大小。

（三）、血红蛋白的提取和分离实验设计 2.1蛋白质的提取和分离一般分为哪些基本步骤？ 样品处理、粗分离、纯化、纯度鉴定。

思考：是否所有种类的蛋白质的提取和分离都是这样的？为什么？ 不是。因为蛋白质的来源和性质不同，分离方法差别很大。2.2选择实验材料

（1）你认为鸟类血液和哺乳动物血液中，最好哪种血液来提取血红蛋白？为什么？ 哺乳动物血液。因为该细胞中没有细胞核，血红蛋白含量高。

（2）请阅读投影资料，认识哺乳动物血液组成及血红蛋白性质。并思考回答下列问题： 血液由血浆和血细胞两部分组成。

血细胞中红细胞细胞数量最多，细胞的含量最高的化合物是血红蛋白。

该化合物是由两个α－肽链、两个β－肽链和四个亚铁红素基团构成的，其中每个亚基中都含有一个能与O2和CO2结合的亚铁红素基团。

2.3从红细胞中分离出血红蛋白的过程为：

洗涤红细胞、释放血红蛋白、分离血红蛋白、透析。洗涤红细胞的目的是什么？ 除去血浆蛋白的杂蛋白，有利于后续步骤的分离纯化。

红细胞的洗涤过程为：血液＋柠檬酸钠→低速短时离心→吸出上层血浆→红细胞＋5倍体积生理盐水→缓慢搅拌10min→低速短时离心→吸出上清液→反复洗涤直至上清液无黄色

思考：加入柠檬酸钠有何目的？为什么要低速、短时离心？为什么要缓慢搅拌？ 防止血液凝固；防止白细胞沉淀；防止红细胞破裂释放出血红蛋白。思考：你有什么方法将红细胞中的血红蛋白释放出来？ 加入蒸馏水，用玻璃棒快速搅拌一段时间。

补充：加入蒸馏水后红细胞液体积与原血液体积要相同。加入甲苯的目的是溶解细胞膜，有利于血红蛋白的释放和分离。此时，红细胞破碎混合液中不仅含有血红蛋白，而且还含有细胞破碎物、脂质、甲苯有机溶剂等。怎样除去这些杂质呢？由于它们的密度不同，科学家采取了离心分离的方法：

10min）→滤纸过滤除去脂质→分液漏红细胞破碎混合液→中速长时离心（2000c/min×斗分离出血红蛋白

2.4如何除无机盐离子和小分子有机物质呢？。

透析。半透膜的选择透过性，大分子物质不能通过半透膜，离子和小分子能够通过半透膜。在透析过程中，血红蛋白溶液中的离子和小分子不断通过半透膜扩散进入到pH＝7的磷酸缓冲液中。

思考：为何使用pH＝7的磷酸缓冲液？为什么缓冲液量远多于血红蛋白溶液量？ 维持血红蛋白的正常特性。有利于杂质分子充分地向外扩散。

总结：通过以上四个基本过程，红细胞中的血红蛋白就被提取出来。但其中还含有其他种类的蛋白质分子（如呼吸酶等）。怎样将杂蛋白与血红蛋白分离开来呢？我们来研究蛋白质提取和分离的第二个步骤――粗分离（凝胶色谱操作）。

2.5凝胶色谱分离蛋白质包括：制作色谱柱、装填色谱柱、样品加入和洗脱。根据教材图5－19，说出制作色谱柱需要的材料。

橡皮塞2个、打孔器、小刀、移液管、尼龙纱、尼龙网、玻璃管、尼龙管等。色谱柱的制作过程：准备材料→加工橡皮塞→安装色谱柱 下面进行第二步凝胶色谱柱的装填。请阅读教材： 色谱柱的装填过程。

样品加入和洗脱。其基本过程是：

调节缓冲液面→加入蛋白质样品→调节缓冲液面→洗脱→收集分装蛋白质 至此，血红蛋白即可得到粗分离。在整个操作过程中，应当注意以下事项：（1）红细胞的洗涤：洗涤次数不能过少；低速、短时离心。（2）凝胶的预处理：沸水浴法时间短，还能除去微生物和气泡

（3）色谱柱的装填：装填尽量紧密，降低颗粒间隙；无气泡；洗脱液不能断流。（4）色谱柱成功标志：红色区带均匀一致地移动。

（四）、实验结果分析与评价

1、你是否完成了对血液样品的处理？你能描述处理后的样品发生了哪些变化吗？ 观察你处理的血液样品离心后是否分层（见教科书图5-18），如果分层不明显，可能是洗涤次数少、未能除去血浆蛋白的原因。此外，离心速度过高和时间过长，会使白细胞和淋巴细胞一同沉淀，也得不到纯净的红细胞，影响后续血红蛋白的提取纯度。

2、你装填的凝胶色谱柱是否有气泡产生？你的色谱柱装填得成功吗？你是如何判断的？ 由于凝胶是一种半透明的介质，因此可以在凝胶柱旁放一支与凝胶柱垂直的日光灯，检查凝胶是否装填得均匀。此外，还可以加入大分子的有色物质，例如蓝色葡聚糖—2000或红色葡聚糖，观察色带移动的情况。如果色带均匀、狭窄、平整，说明凝胶色谱柱的性能良好。如果色谱柱出现纹路或是气泡，轻轻敲打柱体以消除气泡，消除不了时要重新装柱。

3、你能描述血红蛋白分离的完整过程吗？

血红蛋白提取和分离的程序可分为四大步，包括：样品处理、粗分离、纯化和纯度鉴定。首先通过洗涤红细胞、血红蛋白的释放、离心等操作收集到血红蛋白溶液，即:样品的处理；再经过透析去除分子量较小的杂质，即样品的粗分离；然后通过凝胶色谱法将相对分子质量较大的杂质蛋白除去，即:样品的纯化；最后经聚丙烯酰胺凝胶电泳进行纯度鉴定。

4、你能观察到蛋白质的分离过程中红色区带的移动吗？请描述红色区带的移动情况，并据此判断分离效果？

如果凝胶色谱柱装填得很成功、分离操作也正确的话，能清楚地看到血红蛋白的红色区带均匀、狭窄、平整，随着洗脱液缓慢流出；如果红色区带歪曲、散乱、变宽，说明分离的效果不好，这与凝胶色谱柱的装填有关。

课堂小结 当今生物科学在蛋白质研究领域的进展，说明提取、分离高纯度的蛋白质的重要性和必要性，进而说明本节课的目的，以血红蛋白为实验材料，学习蛋白质提取和分离的一些基本技术，尝试从血液中提取和分离血红蛋白，了解色谱法、电泳法等分离生物大分子的基本原理，为今后学习这些技术带下基础。

板书

专题五 第三节

一、蛋白质分子的差异性 1凝胶色谱法 2缓冲溶液 3凝胶电泳法

二、血红蛋白的提取和分离实验设计 样品处理、粗分离、纯化、纯度鉴定。

三、实验结果分析与评价

混合物的分离大班教案 篇9

盲信号分离(Bl i nd Sour ce Separ at i on,BSS)[1,2]是指在源信号和混合过程未知的情况下,由观测信号恢复出源信号的过程。信号的盲分离可分为瞬时混合和卷积混合、线性混合和非线性混合等方式。目前绝大多数研究集中在瞬时线性混合信号的盲分离问题。

1 盲信号分离模型

目前盲信号分离广泛采用的瞬时混合模型[3]是指m个观测信号xi是由n个源信号si的瞬时线性叠加(m≥n)。其核心问题是通过对X进行处理,得到一个分离矩阵W,使得输出信号Y(t)=WX(t)尽可能地逼近真实源信号。

为了衡量W的性能,定义串音误差ECT:

式(1)中,ci j为矩阵C=WA的第i行第j列的元素。E的下界为0,一般而言,串音误差越小,分离效果越好。

2 算法介绍

2.1 EASI(LMS)算法[4]

EASI是一种LMS方法,借助独立性进行等变化自适应分离方法,采用如下的迭代方法来求W:

式(2)中,μ是更新步长,g是一个非线性变换函数,W(0)一般取为单位矩阵。

其中μ的选择非常重要,步长太长会产生振荡甚至发散,步长太小则收敛速度太快。较好的做法是步长随着迭代而改变,本文变步长使用的是退火策略,随着迭代的进行线性减少到0。g函数根据信号的性质进行选择。一般而言,亚高斯信号可选用g(y)=y3,超高斯信号也可选用g(y)=y-t anh(y)。

2.2 普通梯度RLS算法[5]

RLS算法进行盲信号分离步骤如下:

然后,对如下代价函数寻优:

式(5)中β∈(0,1)为遗忘因子,g(·)为非线性变换函数。

运用RLS算法以及Yang的投影逼近子空间跟踪(PAST)算法,可以得到如下RLS更新规则:

式(10)中Tr i[·]是强制对称过程,保持对角线不变,将矩阵的上(下)三角部分转置复制到下(上)三角部分,W[0]一般取为单位矩阵。

2.3 自然梯度RLS算法

自然梯度RLS算法的更新规则如下:

3 仿真研究

3.1 实验设计

本文中采用的信号源为:

式(17)中v(t)为[-1,1]均匀分布的噪声。所有分量均为亚高斯信号。采样频率为10k Hz,样本数为4000。混叠矩阵A每次均为[0,1]均匀分布的5×5随机矩阵,并进行100次独立实验。其中,EASI(LMS)算法的参数分别为:g(y)=y3,μ=5e-3;RLS算法参数为:g(y)=t anh(y),β=0.98。

3.2 仿真结果

(1)平均ECT变化曲线

100次独立实验得到的平均ECT变化曲线如图一所示。

(2)初始步长对ECT的影响

改变初始步长μ=8e-3,结果如图二所示。

(3)不同遗忘因子对ECT的影响

对于自然梯度RLS算法,分别使用0.9、0.95、0.99、1.0四种不同的遗忘因子,进行20次随机实验,得到的平均收敛曲线如图三所示。

(4)分离效果

一次典型的盲信号分离得到的恢复波形如图四所示。

4 结束语

通过对三种盲信号分离算法(EASI、普通梯度RLS、自然梯度RLS)进行仿真实验,可得到以下结论:

(1)EASI(LMS)算法与RLS算法相比,收敛性能更差,选择合适初始步长可改善。

(2)RLS算法收敛速度更快,但稳态性能较差,存在振荡问题,实际应用时需选择合适的方法和参数。RLS算法中遗忘因子的选择很重要,遗忘因子小可加快收敛,但稳态表现很差;遗忘因子大,稳态表现好但收敛很慢。在使用中需要在两者之间选择合适的参数,一般取值0.99左右。

(3)自然梯度RLS算法比普通梯度RLS算法的收敛速度更快,但稳态表现却不一定好。

(4)盲信号分离中绝大多数算法都是依赖于信号的各阶统计量的稳定性,一旦信号不平稳,问题较难解决。而实际应用时,真实信号都是非平稳的,但不意味不能处理,只要信号有短时平稳特性,就可能求出正确的参数。同样的信号截取不同段进行分离,各个算法的效果很不一样。

摘要：盲信号分离始于瞬时混合盲信号分离,本文通过论述盲信号分离的典型自适应算法——EAS(ILMS)算法和RLS算法,利用这些算法分别对合成信号进行实验,并对仿真结果进行分析比较,得到一些结论:EAS(ILMS)算法与RLS算法相比,其收敛性能更差,但稳态性能更好,实际应用时需选择合适的方法和参数。

关键词：盲信号分离,自适应算法,EASI,RLS

参考文献

[1]Girolami M.Selforgani sing neural networks:Independent component analysis and bilnd source separation.London:Springer-Verlag,1999.

[2]刘彦.瞬时混合模型盲信号分离方法研究[J].中国科技信息,2007,(23):304-305.

[3]周朔南.盲信号处理技术在通信领域的研究[D].西安:西安电子科技大学,2008.

[4]张贤达.现代信号处理(第二版)[M].北京:清华大学出版社,2002.