ultrafiltration concentration

定義：溶質(zhì)被膜截留，水分子穿過膜，溶質(zhì)得以濃縮的方法。

學(xué)科：生物化學(xué)與分子生物學(xué)_方法與技術(shù)

相關(guān)名詞：切向流 分子篩 膜分離 濃差極化

圖片來源：視覺中國

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超濾濃縮是以切向流為動(dòng)力，利用分子篩原理進(jìn)行膜分離的過程。是以一定的壓力為條件，溶劑及小分子量的物質(zhì)透過微孔膜，而直徑較大的分子則被截留（截留部分也就是濃縮液），從而達(dá)到分離、提純和濃縮的目的。超濾膜的孔徑通常在3～300nm之間，選用不同孔徑的超濾膜，可以將相對(duì)分子質(zhì)量在幾百到幾十萬之間的物質(zhì)進(jìn)行分離。超濾膜的工作壓力一般為0.1～0.5MPa。超濾技術(shù)在食品、醫(yī)藥、超純水制備及生物技術(shù)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

超濾膜材料可分為有機(jī)高分子材料和無機(jī)材料兩大類。用于制備超濾膜的有機(jī)高分子材料包括醋酸纖維素材料、聚醚砜材料、芳香聚酰胺材料、聚丙烯腈材料和聚氯乙烯共聚物材料等。無機(jī)膜材料包括致密金屬材料、氧化物電解質(zhì)材料、多孔金屬材料、多孔陶瓷材料和分子篩材料等。

蛋白質(zhì)的超濾過程不能僅視為一個(gè)篩分過程，分離的程度取決于膜表面的物化性質(zhì)（如膜材質(zhì)、孔徑大小和分布等）和超濾過程中操作條件的控制（包括操作壓力、溫度以及料液流動(dòng)方式等）。在選擇膜材質(zhì)時(shí)，應(yīng)特別注意膜材料的表面性質(zhì)，因?yàn)槟け砻媸且后w和膜相互作用的界面，溶質(zhì)和膜之間會(huì)有靜電相互作用或電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)，因而膜表面的極性、溶液的pH和膜的粗糙程度等因素對(duì)膜的分離效率影響很大。

膜孔徑與溶質(zhì)大小的相對(duì)尺寸對(duì)膜污染有影響，若膜孔徑與溶質(zhì)大小為同一數(shù)量級(jí)，則某些較小的粒子可能堵塞膜孔；若膜孔徑比溶質(zhì)分子尺寸小得多，則超濾中這些溶質(zhì)不僅不會(huì)堵塞膜孔，而且能在黏滯流動(dòng)剪切力作用下離開膜表面，因而通量不會(huì)降低。操作壓力過低，通量太低；壓力過高，則產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)，導(dǎo)致通量快速衰減。隨蛋白質(zhì)溶液溫度升高，料液黏度降低，加大了蛋白質(zhì)分子在溶液中的運(yùn)動(dòng)，不易在膜表面吸附。采用切向流過濾法使被處理溶液平行于濾膜表面流動(dòng)，與過濾方向垂直相切，溶液在壓力的作用下過濾，可有效地破壞濃差極化的形成條件。

（延伸閱讀作者：東北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 宋成程博士）

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