物理解离

物理解离（共4篇）

物理解离 篇1

引 言

近年来, 中国进口铁矿石已占钢铁工业用量的一半以上, 铁矿资源成为钢铁生产发展最大的制约因素。因此, 高磷赤铁矿资源的合理开发利用已显得十分迫切与必要[1,2]。中国的湖北、云南、河南等地区拥有丰富的赤铁矿资源, 但这些赤铁矿资源中磷含量非常高, 有的甚至超过1.0%, 造成赤铁矿未能有效的使用。按国内钢铁企业现行的生产技术水平要求, 赤铁矿中含磷低于0.2%～0.3%才具有合理的工业应用价值[3,4,5,6]。本研究以湖北恩施某矿的高磷赤铁矿样品进行了磷、铁元素物理解离实验研究。

1 恩施高磷赤铁矿基本特性分析

1.1 化学分析

恩施高磷赤铁矿样品经机械破碎后按四分法取样, 由国家钢铁材料测试中心进行检验, 取4个试样的平均成分作为实验研究标准成分。检测方法为:P采用ICP-AES光谱法;TFe采用滴定法 (GB/T6730.5-2007) ;FeO采用滴定法 (GB/T 6730.8-1986) 。

由化学分析结果可以看出:恩施地区高磷赤铁矿中的全铁量为w (Tfe) =42.8%, 磷元素含量w (P) =0.86%, 磷元素与铁元素以化合物形式相结合, Fe和P的摩尔比为1∶1, 折合质量比为56∶31=1.8∶1.0;即矿石中与0.86%的P以化合物形态存在的Fe不超过1.5%, 至少还有41%以上的铁元素单独存在, 从而有可能以物理方法予以分离。

1.2 矿相分析

为确定恩施地区高磷赤铁矿中Fe、P化合物的组成及结构, 应用DMRX大型偏光显微镜和Q500图像分析仪, 对其进行定性和定量分析, 矿相显微结构如图1所示。由图1可以看出, 该矿为典型鲕状赤铁矿, 磷灰石非均匀分布在鲕状赤铁矿晶粒之间, 铁元素与磷元素之间并未全部处于化学结合状态, 为高磷赤铁矿中铁、磷元素的物理解离提供了依据。

2 高磷赤铁矿Fe、P物理解离实验研究

基于高磷赤铁矿的化学分析及矿相分析结果可知, 矿中铁元素与磷元素之间并未处于化学结合状态, 为此提出将高磷赤铁矿细磨到一定程度, 实现高磷赤铁矿中磷元素、铁元素物理解离的设想。

2.1 常规细磨解离实验

按GB/T 10322.7-2004、ISO 4701:1999对高磷赤铁矿进行机械破碎——逐级筛分, 分别获得了0.125～0.154 mm (100～120目) , 0.105～0.125 mm (120～140目) , 0.098～0.105 mm (140～160 目) , 0.090～0.098 mm (160～180 目) , 0.074～0.090 mm (180～200 目) , 0.074 mm (200 目) 以下各粒度级高磷赤铁矿粉颗粒。

使用扫描电镜、能谱分析对0.074～0.154 mm的普通细粒度高磷赤铁矿粉颗粒中铁元素、磷元素含量进行测定, 以探究磷、铁化合物的解离情况。0.074～0.154 mm粒度区间矿粉颗粒的形貌以及各颗粒中铁、磷元素的含量分别如图2, 3所示。由图2, 3可以看出:0.074～0.154 mm粒度区间矿粉颗粒中铁元素与磷元素的含量分布比较均匀、未实现Fe、P化合物的有效解离;粒径<0.074 mm的矿粉颗粒初步实现了Fe, P化合物的有所解离。

2.2 超细磨解离实验

由于机械破碎获得的0.074～0.154 mm普通细粒度矿粉颗粒并未实现Fe, P化合物的有效解离, 本研究采用高速气流磨技术, 将0.074～0.154 mm粒度的矿粉磨至超细粒度, 激光衍射散射粒度分布测定情况如图4所示, 由图4可以看出, 超细矿粉颗粒平均粒径为2 μm, 粒径分布范围为102～104 nm。

使用扫描电镜、能谱分析对超细高磷赤铁矿粉颗粒中铁元素、磷元素的含量进行测定。超细矿粉颗粒的形貌如图5所示, 208个矿粉颗粒中铁、磷元素的含量分布情况如图6所示。由图6可以看出, 采用高速气流磨方法获得的超细矿粉颗粒中, 铁元素和磷元素在各个超细颗粒中的含量分布并不均匀, Fe, P化合物的可以有效解离。

3 结 论

(1) 化学分析结果表明, 恩施高磷赤铁矿中全铁品位w (Tfe) =42.8%, 磷含量w (P) =0.86%, 若假设在该矿中铁元素与磷元素之间处于摩尔比为1:1的状态, 仍尚有41%以上的铁元素单独存在。

(2) 矿相分析及扫描电镜、能谱分析结果表明, 恩施高磷赤铁矿为典型鲕状高磷赤铁矿, 矿中铁元素与磷元素之间并未处于化学结合状态, 因而有可能以物理方法予以分离。

(3) 采用高速气流磨方法将0.074～0.154 mm (100～200目) 粒度的细矿粉磨至平均粒度为2 μm的超细粒度, 粒径分布范围102～104 nm时, 铁元素与磷元素在各个超细矿粉颗粒中的含量分布不均匀, 可以实现了Fe, P化合物的有效解离。

摘要：分析了湖北恩施某矿的高磷赤铁矿样品基本特性, 并对样品进行了磷、铁元素物理解离实验研究。实验表明, 采用高速气流磨方法将0.0740.154 mm (100200目) 粒度的细矿粉磨至平均粒度为2μm的超细粒度, 粒径分布范围102104 nm时, 铁元素与磷元素在各个超细矿粉颗粒中的含量分布不均匀, 可以实现了Fe、P化合物的有效解离。

关键词：物理解离,高磷赤铁矿,超细粉

参考文献

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[2]王亨炎.浅谈铁矿石资源对我国钢铁工业的影响及对策[J].国外金属矿山, 2002, 27 (5) :6—10.

[3]文勤.鲕状赤铁矿提铁降磷工艺研究[D].武汉:武汉理工大学, 2006.

[4]黄希祜.钢铁冶金原理[M].北京:冶金工业出版社, 1981.

[5]王筱留.钢铁冶金学 (炼铁部分) [M].北京:冶金工业出版社, 2000.

[6]方觉, 郝素菊, 李振国, 等.非高炉炼铁工艺与理论[M].北京:冶金工业出版社, 2002.

物理解离 篇2

作者在长期工作实践基础上,通过黑钛石矿物工艺粒度统计、磨矿试验、解离度测定,选择适当参数,建立矿物单体解离度和工艺粒度的数学关系。同时,在阐明上述关系的基础上,通过举证不同解离性质矿石的实例,讨论矿石解离难易程度。

1 矿物解离度和工艺粒度关系研究

1.1 试验样品和黑钛石工艺粒度

研究对象选择冶炼条件相似、矿物组成相同、结晶粒度相近的一组电炉渣,编号分别为DLZ101、DLZ106和DLZ117。它们之中,目的矿物为黑钛石固溶体(含量59%～63%),脉石矿物为钛辉石(含量26%～30%)和尖晶石(含量9%～10%)。微量塔基石、金属铁、硫化物等(含量1%～2%)[7]。

根据黑钛石长柱状晶形及其在磨矿产品中的形态,统计中以其切面上视宽作为黑钛石工艺粒径。黑钛石工艺粒度统计结果见表1。工艺粒度累计曲线和分布曲线分别见图1～2。图1、图2中,横坐标均为粒度d;纵坐标为粒度累计百分比和分布百分比值n。根据表1和图1、图2,求出工艺粒度分布参数见表2。由表2可知,黑钛石的平均粒度在100～120μm左右,主级别d众≈80 m左右,d50略大于d众,d75在70μm左右。

1.2 黑钛石解离度测定

1.2.1 样品准备

经过磨矿试验,确定合理的磨矿介质配比和磨矿时间。按照试验确定的磨矿条件,将三件试验样品分别磨至-0.074mm、-0.065mm、-0.045mm和-0.030mm。然后,用0.065mm、0.045mm、0.030mm分析筛将各磨矿产品筛分为若干级别。称重后,从各级别中缩分出简项分析样品和解离度测定样品,并磨制砂光片,用于矿物定量和解离度测定。

1.2.2 解离度测定

解离度使用线法在中高倍显微镜下按照五分法测定。所测单体为切面单体,所测不同比例连生体均为切面连生体,未经计算校正。黑钛石解离度测定结果见表3,表3中各样品解离度数值均为其筛析产品中黑钛石的加权平均值。

1.3 单体解离度和工艺粒度及磨矿粒度的关系

无论从理论上还是磨矿实践,都证明矿物单体解离度和矿物工艺粒度呈正变关系。即同一类型矿石的同一矿物,在磨矿粒度不变的条件下,单体解离度随着工艺粒度增大而升高。其次,矿物单体解离度和磨矿细度呈正变关系。即对于矿石中同一矿物,随着磨矿细度提高,单体解离度增高。

但是,目的矿物在矿石中并不是孤立存在,而是和其他矿物以组合形式产出。矿物工艺粒度不是一个具体数值而是一个粒度群。磨矿产品也是一个粒度群而不是一个具体数值。因此,能否正确地将上述正变关系用数学式定量表达,关键在于能否从两个粒度群的诸多参数中选择出适当的参数。

经研究,作者最终选择磨矿上限粒度d,将其作为矿物工艺粒度累计曲线图上的横坐标,以该横坐标所对应的累计百分数n值为参数,建立黑钛石单体解离度和工艺粒度及磨矿粒度的关系。按照这一设想,并根据表3和表1数据,绘制黑钛石单体解离度和工艺粒度及磨矿粒度上限之间关系见图3。

从图3可以清楚地看出,矿物单体解离度和磨矿粒度上限在粒度试验范围内具有线性关系,相关方程为:

y=-25.5839+1.1447dn相关系数 r=+0.9918

式中:y—单体解离度,dn—磨矿粒度上限d值所对应的累计曲线上点的纵坐标n值。

图3及其相关方程虽然是通过电炉渣黑钛石磨矿解离试验获得,但是,该方程揭示的却是矿物解离度和工艺粒度关系的一般规律。按照这一规律推测,对于解离难易不同的矿石,在单体解离度介于50%～82%条件下,解离度和工艺粒度及磨矿粒度关系的一般表达式可写为:

y=b+kdn

式中:y—单体解离度,dn—矿物工艺粒度累计曲线上磨矿粒度上限d对应的纵坐标n值,b—截距,k—系数。其中,b和k取决于矿石解离性质。

2 矿石解离难易程度举例

矿物工艺粒度粗细是决定矿物单体解离度重要的因素之一,这是显而易见和毫无疑问的。那么,对于工艺粒度相当的矿物,采用同一磨矿粒度,是否能获得相近的单体解离度呢?回答是否定的。因为,不同矿物,或同一个矿物在不同共生组合条件下解离性质不同。

简而言之,当目的矿物和相邻矿物之间结合力大大小于矿物内部结合力时,可以视界面结合力f界面≈0。这种情况下,以dmax作为破磨粒度上限即可获得百分之百的单体解离度。反之,f界面>>f晶内,则需要磨至“无限小”才能获得百分之百的单体解离度。由此可见,在建立和阐明单体解离度和工艺粒度及磨矿粒度相关关系之后,为了使矿物工艺粒度测定结果能够得到有效使用,有必要引入矿石解离难易程度的概念。

2.1 湖北宜昌磷矿磷块岩条带解离度和工艺粒度及破磨粒度的关系

磷块岩条带和脉石条带宽度统计结果列于表4[8],工艺粒度参数见表5。

由表5可知,宜昌磷矿中磷块岩条带d75=7mm,d平均≈12mm。但是,当矿石破碎至15mm时,磷块岩条带单体解离度即可达到90%以上。这一粒度大于磷块岩条带的平均宽度,并对应于磷块岩工艺粒度的d22。也就是说,在矿石中只有22%磷块岩条带宽度大于破磨粒度上限条件下,其单体解离度就能达到90%以上。

2.2 红格北矿区主要矿物单体解离度和工艺粒度/磨矿粒度的关系

攀枝花-西昌地区钒钛磁铁矿中,红格是其储量最大矿区。红格北矿区原生矿表内矿中主要矿物工艺粒度列于表6,工艺粒度参数列于表7[9]。

单体解离度测量表明,该矿石磨至-0.154mm时,矿石中钛磁铁矿和钛铁矿单体解离度可达80%左右。对照表6、表7可知,这一粒度约相当于钛磁铁矿平均粒径的0.6倍,钛铁矿平均粒径的0.4倍;约对应于钛磁铁矿的d80和钛铁矿的d75。也就是说,在矿石中约有80%的钛磁铁矿和75%的钛铁矿大于磨矿粒度上限条件下,它们单体解离度才能达到80%左右。这一单体解离度和磨矿粒度的对应关系,在攀西地区其他原生矿中也多次得到验证。

显然,钒钛磁铁矿原生矿石中钛磁铁矿和钛铁矿解离,要比宜昌磷矿磷块岩条带难得多。

2.3 电炉渣黑钛石解离度和工艺粒度及磨矿粒度的关系

电炉渣解离度和工艺粒度及磨矿粒度的关系在本文第1节已详细论述。根据第1节论述不难看出,当磨矿粒度上限相当于黑钛石工艺粒度的d80时,黑钛石单体解离度仅有65%左右。要获得80%的单体解离度,磨矿粒度上限需要细至d90左右。即,在90%以上晶粒宽度大于磨矿粒度上限条件下,黑钛石单体解离度才能达到80%左右。

由此可见,电炉渣黑钛石解离,要比攀西钒钛磁铁矿原生矿又难得多。

2.4 矿石解离难易程度分类

上述3个实例说明,通过同一解离度时n值的大小,可以表示矿物力学性质不同导致的解离性质不同。因此,以同一单体解离度时n值变化范围,可以对矿石解离难易程度进行分类。并且,这种解离难易程度和矿物工艺粒度大小没有直接关系,而只和矿物(矿石)力学性质有关。

矿石解离难易程度分类,促使人们在选矿和工艺矿物学研究中积累资料,建立矿石难易数据库。这一积累过程一经完成,人们就可以通过数据库判断研究对象解离难易,然后根据测得的矿物工艺粒度选择磨矿粒度。这样,将会减少磨矿粒度选择的盲目性。在目前尚无更多研究成果充实的情况下,建议以矿物单体解离度80%为标准。当主要目的矿物解离度达到80%时,按照其磨矿粒度上限所对应的dn大小划分磨矿难易程度见表8。

显然,按照表8分类,电炉渣属于难解离矿石,钒钛磁铁矿原生矿属于一般难易程度矿石,湖北宜昌磷矿属于极易解离矿石。随着资料积累,在有了更多的矿石类型解离粒度测定后,可以根据实际情况,对表8中n值进行适当调整。

3 结 语

1.矿物工艺粒度是矿物解离度主要影响因素之一。矿物工艺粒度和矿物单体解离度之间在实验范围内呈线性相关关系。

2.矿石矿物组成的复杂性决定仅仅依靠工艺粒度不能完全表达矿物解离难易程度。矿物力学性质是影响矿物单体解离度的另一重要因素。然而这一影响因素非常复杂,迄今尚不能直接测定并通过一个或一组数据表示。通过矿石解离难易程度分类,可以从宏观上表达矿石这一性质。

3.引入矿石解离难易程度概念,将矿石划分为解离难易程度不同的类型,有助于根据矿物工艺粒度大小,在较小范围内选择适当粒度进行磨矿试验。这将有利于提高矿物工艺粒度数据的利用效果,降低磨矿粒度试验盲目性,减少磨矿试验和解离度测定的工作量。

摘要：矿物解离是选矿的必要条件之一,矿物工艺粒度、磨矿粒度以及矿物力学性质等诸多因素对矿物解离度都有影响,这些因素致使解离度和工艺粒度之间关系复杂化。本文以电炉渣黑钛石工艺粒度和解离度关系为例,研究矿物解离度与工艺粒度及矿石磨矿粒度之间的关系。并通过不同矿石破磨解离实例,探讨了矿石解离难易程度分类,用以表示矿物力学性质对解离度的影响。

关键词：工艺粒度,磨矿粒度,矿物解离度,相互关系,解离难易程度

参考文献

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[2]洪秉信,傅文章.工艺矿物学在选矿中的应用[A].第六届全国工艺矿物学学术会议论文集[C].北京:中国选矿科技情报网工艺矿物网等,1995.

[3]吴本羡,等.攀枝花钒钛磁铁矿工艺矿物学[M].成都:四川科技出版社,1998.

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[7]洪秉信,傅文章,等.钒钛磁铁矿电炉冶炼渣物质组成及其缓冷渣解离性质研究[R].中国地质科学院矿产综合利用究所,2009.

[8]洪秉信,黄亚琴,等.宜昌磷矿重介质选矿联合流程试验研究之原矿工艺矿物学研究[R].中国地质科学院矿产综合利用研究所,1988.

物理解离 篇3

褐藻酸酶又称为褐藻胶裂解酶或褐藻胶酶。目前用于褐藻细胞解离和解壁的褐藻酸酶,都是从海产食藻动物如鲍鱼[1]、海螺[2]、海胆[3]等的消化腺中提取的复合酶。也有作者利用褐藻病烂处的细菌产生的胞外酶[4,5],用于褐藻细胞和原生质体的分离,从褐藻病烂处分离褐藻酸降解菌,需要不断分离鉴定并检验效果,实验繁琐耗时长,不利于一般实验室的应用。而市售的裂解酶多为进口商品,价格昂贵,也不利于实验的推广。本文依据皱纹盘鲍以褐藻如海带为食的特性,详细介绍了从皱纹盘鲍消化腺中提取褐藻酸酶的方法以及褐藻酸酶的活力和蛋白含量的测定方法,并检测了该酶对海带细胞的解离效果。

1 材料和方法

1.1 材料

皱纹盘鲍购于烟台大学水产品市场,挑选摄食盛期新鲜健康的皱纹盘鲍,拨开腹足即可见到褐绿色的大型腺体。带回实验室后,用蒸馏水将盘鲍充分洗涤后于-20℃中速冻。

实验用海带采自威海烟墩角海区,剪取其生长部,用灭菌海水及灭菌脱脂棉反复擦拭,置于玻璃培养皿中,于超净工作台中用1.5%KI浸泡两次,每次15 min,备用。

1.2 褐藻酸酶的制备

1.2.1 匀浆及抽提

用手术刀切掉腹足及外套膜后,将露出的褐绿色的腺体整个剥离。在冰盘上剥离消化腺后,置于灭菌培养皿中迅速称重记录。用镊子将消化腺置于玻璃匀浆器底部,加入8~10倍体积4℃预冷的磷酸缓冲液(0.1 mol/L,p H值7.2)进行匀浆,整个匀浆过程必须保持在冰浴环境中,匀浆时间10~20 min,至消化腺全部水融。在低温环境下将组织悬液移入50 m L离心管中,置于4℃冰箱内静置抽提10~13 h或过夜。

1.2.2 硫酸铵二级盐析

将抽提液配平,用高速冷冻离心机离心(20 000×g,4℃,30 min),留取上清液Ⅰ到烧杯中,在低温环境下将有上清液Ⅰ的烧杯放到磁力搅拌器上,在缓慢搅拌的情况下,逐次加入固体硫酸铵到30%的饱和度。硫酸铵溶解后继续缓慢搅拌约30 min,离心(20 000×g,4℃,30 min),留取上清液Ⅱ到烧杯中,在低温环境下将有上清液Ⅱ的烧杯放到磁力搅拌器上,在缓慢搅拌的情况下,逐次加入固体硫酸铵到90%的饱和度。待硫酸铵全部溶解后继续缓慢搅拌约2~3 h后可过夜静置,离心(20 000×g,4℃,30 min~1 h),留取沉淀,用10~20 m L磷酸缓冲液溶解即得到粗提酶液。

1.2.3 透析脱盐

1.2.3. 1 透析袋预处理

本研究透析袋购自北京索莱宝,截留分子量为12 000~14 000 Da。剪取15 cm的透析袋,在2%(m/V)碳酸氢钠和1 mmol/LEDTA(p H为8.0)中煮沸10 min,用蒸馏水漂洗2~3次;再置1 mmol/L EDTA(p H值为8.0)中煮沸10 min,待透析袋冷却,存放于4℃,应确保透析袋始终浸没在液体中。使用前用蒸馏水将透析袋里外加以清洗,从此步起用透析袋时一定要戴手套操作。

1.2.3. 2 透析脱盐

透析袋一端扎紧,加入待透析的溶液及一段玻璃棒(两头烧圆),另一端多回折几次,用透析袋夹夹紧,让透析袋竖立于含透析液及转子的大烧杯中,冰浴环境下磁力搅拌。一天换3~4次透析液,透析2~3 d。透析效果的检测可用1%Ba Cl2,取一滴加入透析液中,若无白色沉淀生成,证明透析已完成。

1.2.4 冻干及保存

透析结束后,将复合酶液转入烧杯中,预留2 m L测酶活力和蛋白含量。将复合酶液倒入玻璃平皿中,预先在-20℃速冻,再转入-80℃过夜冷冻后,用五环真空冷冻机制成冻干粉,于-80℃保存备用。

1.3 酶学性质测定

1.3.1 酶活力的测定

采用3,5-二硝基水杨酸法(DNS法)[6]测定褐藻酸酶的活力。3,5-二硝基水杨酸法是利用褐藻酸酶水解褐藻酸钠,产生葡萄糖醛酸,能将3,5-二硝基水杨酸中的硝基还原成橙黄色的氨基化合物,再利用比色法测定其还原物生成量来表示酶的活力大小。其定义为每分钟催化褐藻酸水解生成1μg葡萄糖醛酸的酶量为一个活力单位。

1.3.1. 1 标准曲线的制作

精确称取干燥至恒重的葡萄糖100 mg,用重蒸水溶解后定容至100 m L,此溶液的浓度就为1 000μg/m L。

将1 000μg/m L的葡萄糖溶液按照表1所示配制成各种不同浓度的葡萄糖溶液。

向1—6管中分别加入3,5-二硝基水杨酸显色液3 m L,在沸水浴中显色15 min,冷却后,再分别加入重蒸水21 m L,充分摇匀,以1号管作为空白对照,在550 nm处比色,读取其余各管光密度值。以光密度值为纵坐标,以葡萄糖微克数为横坐标,绘制标准曲线,计算回归方程。

1.3.1. 2 样品测定样品测定设空白对照管和测定管,按照表2所示进行操作。

1.3.1. 3 褐藻酸酶活力计算

在上述实验条件下,每分钟催化褐藻酸水解生成1μg葡萄糖醛酸的酶量定义为一个活力单位。

褐藻酸酶活力单位=n×OD550/30×1

式中,n为稀释倍数,30为反应中糖化所用时间,1为反应中所用的酶液体积。

1.3.2 考马斯亮蓝法(Bradford法)测定褐藻酸酶蛋白质的含量[7]

本法依据在酸性溶液中考马斯亮蓝G250与蛋白质分子中的碱性氨基酸(精氨酸)和芳香族氨基酸会结合形成蓝色复合物,在一定范围内其颜色深浅与蛋白质浓度呈正比,以蛋白质对照品溶液作标准曲线,采用比色法测定供试品中蛋白质的含量。

1.3.2. 1 标准曲线的制作

精密量取对照品溶液0.0、0.01、0.02、0.04、0.06、0.08、0.1 m L分别置具塞试管中,各加水至0.1 m L,再分别加入酸性染色液5.0 m L,立即混匀,以0号管作为空白,在595 nm的波长处测定吸光度。以对照品溶液浓度与其相对应的吸光度绘制标准曲线,并计算回归方程。

1.3.2. 2 样品测定

另精密量取供试品溶液0.1m L,加入酸性染色液5.0 m L,立即混匀。以0号管作为空白,在595 nm的波长处测定吸光度,从回归方程计算样品溶液中的蛋白质浓度,并乘以稀释倍数,即得。

1.4 海带细胞解离实验

酶解方法依据Matsumura[8]的方法稍作修改,将事先灭菌好的海带生长部小块,用剪刀剪成1~2mm2的碎块,取0.3 g置于事先配好的1 m L酶溶液中(0.4 mol/L甘露醇,2%褐藻酸酶,1%纤维素酶,1%果胶酶),在20℃摇床上120 r/min酶解3~6 h。然后用400目筛绢过滤去除未酶解组织块和细胞团,离心(2 000 r/min,10 min)收集游离的单细胞及原生质体,用单细胞或原生质体培养液稀释后,镜检并计数。

2 结果

2.1 褐藻酸酶制备及酶活力测定

由表3得知,用硫酸铵二次盐析及透析法脱盐冻干得到酶粉,其得率在1.4%,酶活力单位在34 U/m L,比活力在12 U/mg。第二批比第一批的活力及得率均高,区别是第二批制备复合酶时硫酸铵第二次盐析后在4℃过夜静置,溶液中出现絮状沉淀,离心10 000 g,45 min。结果表明第二次盐析后静置一定时间(5~12 h)且适当延长离心时间对提高酶活有效。

注:“a”代表样品鲍鱼的消化腺。

2.2 褐藻酸酶学性质测定的标准曲线及回归方程

考马斯亮蓝与待测样品混合2 min后检测其吸光值,并在5~20 min内测定光吸收,因为这段时间的颜色最稳定;蛋白-染料复合物会有少量吸附于比色杯壁上,不可使用石英比色皿,因不易洗去,可用塑料或玻璃比色皿,使用后立即用少量95%的乙醇漂洗,以洗去染色。标准曲线会有轻微非线性,对测定结果的影响不大。

2.3 褐藻酸酶对海带细胞的解离效果

由图2可知,在酶解3~6 h的时间段内均可获得质量很好,数量较多的单细胞及原生质体。用血球计数板计算每克组织得到的游离单细胞及原生质体的数量在3×105~6×105个/g,可以满足单细胞或原生质体继续培养的数量级要求。

3 结论

利用硫酸铵二级盐析和透析袋脱盐等纯化方法,从鲍鱼的消化腺中得到的褐藻酸酶的比活力为12 U/mg,酶活力单位为34 U/m L,得率为1.4%。制备过程中收集了30%~90%饱和度硫酸铵的沉淀物,所得到的酶几乎是含有鲍鱼消化腺中所有的水解酶,虽得率不高,但用于海带单细胞及原生质体的分离效果很好,且本方法简单、快捷且经济,一般实验室均可以完成。

4 讨论

值得注意的是,加入硫酸铵时,先少量加入,等完全溶解后再加入新的,避免烧杯底部出现未溶解的盐,局部高浓度的盐溶液易导致酶失活并且搅拌时力度要轻。待硫酸铵全部溶解后继续轻轻搅拌30 min后可静置一段时间,30%饱和度时静置2~3h,30%~90%饱和度时静置5~6 h或过夜,这样更利于酶蛋白的析出。制备有活力的酶时,均要在冰浴环境下操作,可很大程度的避免酶失活。

透析过程中,透析时间超过2~3 d后,继续透析的话,透析时间越长,酶活降低越多,透析时采用低温环境中磁力搅拌和增大透析液的体积可以加快透析速度,减少酶活损失。

目前从鲍鱼、海螺或海胆中提取酶的报道中,关于酶制备方法的描述较简单,很多实验的细节没有体现。本文详细的描述了从皱纹盘鲍消化腺中提取褐藻酸酶的方法以及实验过程的注意事项,同时给出了褐藻酸酶的活力和蛋白含量的测定方法,并检测了该酶对海带细胞的解离效果,这对于在生产一线的技术人员更具有现实的指导意义。

参照本实验方法制备的褐藻酸酶对海带细胞的解离效果比之前报道的用昂贵的商品酶解离效果甚至要好一些。商品酶的使用对酶解条件和酶解液的离子环境要求很高,而本实验制备的褐藻酸酶的使用条件则更简单,不用再对实验条件进行反复摸索,节省了大量的时间。

实验制备的褐藻酸酶对新鲜幼嫩的海带细胞的解离效果很好,而对较老的材料则要适当提高褐藻酸酶的浓度和酶解时间,较老的材料中胶状杂质稍多一些,这可能与海带生长期间褐藻胶的含量变化有关。

摘要：褐藻中富含褐藻酸,应用酶解法制备褐藻单细胞和原生质体时,高活性的褐藻酸酶是所用工具酶中的主要组分。文中介绍了用硫酸铵二级盐析和透析袋脱盐从鲍鱼的消化腺中提取褐藻酸酶的方法,测定酶活力及蛋白含量,检测该褐藻酸酶对海带细胞的解离效果。结果显示,该褐藻酸酶比活力为12 U/mg,酶活力单位为34 U/m L,得率为1.4%。用含此褐藻酸酶的酶解液解离海带细胞,酶解3~6 h内可得到游离单细胞及原生质体的数量在3×105~6×105个/g。该褐藻酸酶解离海带细胞效果显著,且本方法简单、快捷且经济。

关键词：褐藻酸酶,硫酸铵二级盐析,酶活力,海带,原生质体

参考文献

[1]Yamaguchi K,Araki T,Aoki T,et al.Algal cell wall-degrading enzymes from viscera of marine animals[J].Nippon Suisan Gakkaishi,1929(55):105-110.

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[3]Saga N,Sakai Y.Isolation of protoplasts from Laminaria and Porphyra[J].Bull Jap Soc Sci Fish,1984,50(6):1085.

[4]Araki T.Morishita T.Fusion of protoplasts from wild type Porphyra yezoensis and green type P.tenera thalli(Rhodophyta)[J].Nippon Suisan Gakkaishi,1990,56(7):1161.

[5]Fujita Y,Migita S.Fusion of protoplasts from thalli of two different color types in Porphyra yezoensis U.and development of fusion products[J].Jpn.J.Phycol.,1987(35):201-208.

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[7]Nakada,H.T.,Sweany,P.C.Alginic acid degradation by eliminases from abalone hepatopancreas[J].J.Biol.Chem,1967(242):845-851.

物理解离 篇4

关键词：磺酸,解离平衡常数,p H酸碱滴定

《无机化学》、《基础化学》和《有机化学》是大学一年级医学生的专业基础课程, 在教学内容多但课时数相对较少的压力下, 可以针对学有潜力的优秀学子开设开放式综合性实验。基于对甲基苯磺酸、甲基磺酸等是符合绿色化学[1]理念的催化剂[2,3], 设计了“磺酸酸式解离平衡常数的测定”, 该实验涉及溶液的配制、电子天平的称量、酸碱滴定、p H计的使用等多项基本操作[4,5], 前一步的实验结果对下一步实验结论有直接影响, 有助于学生实验态度的端正、实验综合能力的培养。同时, 对教材中关于苯酚、苯甲酸、苯磺酸酸性强弱的定性判断[6], 能借助学生自已的实验结果定量地佐证, 有助于提高学生学习化学尤其是化学实验的兴趣。

1 实验目的

(1) 熟悉基准物质的前期处理方法以及电子天平的使用操作规程。

(2) 掌握移液管、容量瓶、滴定管、p H计等基本仪器的使用和操作。

(3) 理解并掌握酸碱滴定、磺酸溶液p H值与其酸式解离平衡常数等实验数据的处理方法。

(4) 锻炼学生查阅文献资料、设计实验方案及写作论文的能力。

(5) 培养综合分析问题和解决问题的能力。

2 实验原理

各种磺酸 (以化学式RSO3H表示) 水溶液的浓度由标准Na OH溶液标定。

酸碱滴定反应:RSO3H+Na OHRSO3Na+H2O磺酸溶液浓度由式 (1) 求得:

用p H计测试一定浓度磺酸溶液的p H值, 由式 (2) 求得其酸式解离平衡常数Ka:

3 实验用品

3.1 仪器

烘箱, 电炉, 电子天平, p H计, 烧杯, 量杯, 量筒, 锥形瓶, 移液管, 容量瓶。

3.2 试剂

苯磺酸, 对甲基苯磺酸, 甲基磺酸, 对氨基苯磺酸, 邻苯二甲酸氢钾, 草酸, 氢氧化钠, 酚酞, p H=4.00和p H=6.86的标准缓冲溶液。

4 实验内容

4.1 Na OH溶液的配制及标定

称取一定质量的Na OH加水溶解配制约0.1 mol·L-1的Na OH溶液。分别选用基准物质邻苯二甲酸氢钾 (KC8H5O4) 或者草酸 (H2C2O4·2H2O) 经过前期处理[7]后, 用差减法在电子天平上准确称取一定质量的基准物质于锥形瓶中, 加水溶解。用酚酞作指示剂, 标定Na OH溶液的浓度。数据记录及处理列于表1。

4.2 磺酸 (RSO3H) 溶液浓度的测定

分别取一定量的苯磺酸、对甲基苯磺酸、甲基磺酸和对氨基苯磺酸加水溶解配制约0.1 mol·L-1的水溶液。用移液管量取一定体积的磺酸水溶液于锥形瓶中, 用酚酞作指示剂, 用标准Na OH溶液标定。实验数据及结果处理列于表1。

(室温℃)

4.3 不同浓度磺酸溶液p H的测定

用不同规格的移液管和容量瓶, 将已标定其浓度的磺酸稀释为5个不同浓度的磺酸样品溶液, 计算出其准确浓度并用p H计测定其p H值。记录室温, 计算该温度下磺酸的Ka或p Ka并求得其平均值。

5 预习与思考

(1) 溶液配制及润洗仪器用水均为新鲜煮沸冷却后的二次蒸馏水。为什么?

(2) 分别采用两种不同的基准物质标定Na OH溶液的浓度, 其酸碱滴定反应式以及c (Na OH) 的计算公式如何?

(3) 查阅文献, 确定基准物质在酸碱滴定前的准备工作有哪些?

(4) 酸式解离平衡常数的影响因素有哪些?

(5) 各磺酸溶液若浓度偏大, 对实验结果有何影响?

(6) p H计的使用, 注意事项有哪些?

(7) 根据结构式预测各磺酸酸式解离平衡常数的相对大小?

6 教学建议

(1) 两位同学一组进行实验, 培养团结合作的协调能力。

(2) 标定Na OH溶液选用哪种基准物质、测定哪种磺酸的Ka由学生自主选择 (指导教师宏观调控:同一种物质最好有2~3组选择, 以便结果相互佐证, 提高实验结果的准确度) 。

(3) 0.1 mol·L-1的Na OH溶液和RSO3H溶液统一配制, 浓度分别进行标定。

(4) 配制各种试剂的用量由学生设计、指导教师审核后确定。

(5) 可以在两周时间内完成整个实验, 可定为12的实验学时数。

(6) 实验报告以小论文的形式完成, 训练学生书写科研论文的能力。

7 结论

本实验将大一医学生两个学期化学课程的有关知识点相结合, 形成了一个新的综合性实验项目。该综合实验要求学生运用所学过的知识选择一种磺酸并设计测定其酸式解离平衡常数的具体实验方案, 包括试剂的选择、用量的确定, 实验方案的设计等, 有一定的自主权, 有助于实验兴趣的提高, 前面的实验结果影响后续实验的结论, 结果相互佐证, 不会应付了事。仪器简单, 可操作性强, 有利于培养学生的学习能力和实践能力, 是一个值得推荐的综合性实验项目。

参考文献

[1]Anastas P T, Wamer J G.Green Chemistry Theory and Practice[M].Oxford:Oxford University Press, 1998.

[2]杨晓军, 冯小丽, 张谋真.微波辐射对甲苯磺酸催化合成对羟基苯甲酸乙二醇单酯[J].工业催化, 2012, 20 (9) :59-61.

[3]王敏, 宋志国, 赵爽, 等.乙酸正丁酯合成实验的改进[J].大学化学, 2010, 25 (6) :58-61.

[4]刘绍乾.基础化学实验指导[M].2版.长沙:中南大学出版社, 2012.

[5]曹凤歧.无机化学实验与指导[M].2版.北京:中国医药科技出版社, 2006.

[6]陆阳, 刘俊义.有机化学[M].8版.北京:人民卫生出版社, 2013.