典型自编教材汇总

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1 江 苏 大 学 食 品 与 生 物 工 程 实 验 中 心 典 型 自 编 实 验 教 材 汇 总 目 录 1. 分 子 生 物 学 与 基 因 工 程 实 验 教 程 ( 中 国 轻 工 业 出 版 社 ).1 2. 食 品 工 程 原 理 ( 化 工 原 理 ) 实 验 指 导 书 ( 讲 义 ) 仪 器 分 析 实 验 指 导 书 ( 讲 义 ) 植 物 生 理 学 实 验 指 导 书 ( 讲 义 ) 植 物 组 织 培 养 实 验 指 导 ( 讲 义 ) 食 品 毒 理 学 实 验 指 导 书 ( 讲 义 ) 生 物 化 学 实 验 指 导 书 ( 讲 义 ) 食 品 化 学 实 验 指 导 书 ( 讲 义 ) 食 品 工 程 原 理 ( 教 材 : 中 国 轻 工 业 出 版 社 ) 食 品 机 械 与 设 备 ( 教 材 : 中 国 农 业 出 版 社 ) 英 汉 对 照 分 子 生 物 学 导 论.238

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9 实 验 10 重 组 蛋 白 的 分 离 纯 化 一 实 验 目 的 1 掌 握 破 碎 大 肠 杆 菌 细 胞 的 方 法 ; 2 掌 握 常 用 的 分 离 纯 化 重 组 蛋 白 的 原 理 ; 3 掌 握 镍 离 子 亲 和 层 析 分 离 带 有 His 标 签 的 可 溶 性 重 组 蛋 白 的 原 理 和 方 法 二 实 验 原 理 1 大 肠 杆 菌 细 胞 的 破 碎 (1) 重 组 蛋 白 的 积 累 部 位 由 于 大 肠 杆 菌 的 细 胞 膜 具 有 内 外 两 层, 在 内 膜 和 外 膜 之 间 的 空 间 被 称 为 周 质, 于 是 大 肠 杆 菌 细 胞 可 分 为 胞 外 周 质 和 胞 内 三 个 部 分 ( 见 图 10-1), 因 此, 外 源 基 因 在 大 肠 杆 菌 中 表 达 后, 重 组 蛋 白 可 能 被 分 泌 到 细 胞 外, 也 可 能 被 分 泌 到 细 胞 周 质 中, 或 者 在 直 接 在 细 胞 质 中 积 累 1 胞 外 : 在 大 肠 杆 菌 的 细 胞 外, 也 即 在 培 养 基 中, 宿 主 自 身 分 泌 出 来 的 蛋 白 质 很 少, 有 利 于 重 组 蛋 白 的 分 离 纯 化, 而 且 不 需 要 经 过 细 胞 破 碎 等 步 骤, 但 起 始 的 操 作 体 积 很 大 细 胞 外 的 蛋 白 酶 活 性 也 很 低, 重 组 蛋 白 不 易 被 降 解, 有 利 于 重 组 蛋 白 的 稳 定 积 累 重 组 蛋 白 要 能 被 分 泌 到 细 胞 外, 就 必 须 有 信 号 肽, 能 够 先 后 穿 越 细 胞 内 膜 和 外 膜, 但 是 大 肠 杆 菌 分 泌 蛋 白 的 能 力 有 限, 所 以 重 组 蛋 白 的 产 量 较 低 2 周 质 : 细 胞 周 质 是 一 个 比 较 特 殊 的 部 位, 宿 主 的 蛋 白 质 种 类 也 不 多, 大 概 只 有 100 种, 采 用 特 殊 的 细 胞 破 碎 工 艺 可 以 尽 量 减 少 宿 主 杂 蛋 白, 有 利 于 重 组 蛋 白 的 浓 缩 和 分 离 纯 化 周 质 中 的 蛋 白 酶 活 性 也 较 低, 有 利 于 重 组 蛋 白 的 稳 定 性 周 质 具 有 一 个 氧 化 环 境, 有 利 于 重 组 蛋 白 正 确 折 叠 另 外, 表 达 产 物 在 向 周 质 转 运 的 过 程 中, 信 号 肽 在 细 胞 内 被 切 割, 有 利 于 形 成 具 有 正 确 N 末 端 的 重 组 蛋 白

10 3 胞 内 : 外 源 基 因 在 大 肠 杆 菌 细 胞 内 容 易 实 现 高 效 表 达, 重 组 蛋 白 通 常 以 可 溶 性 形 式 或 不 溶 的 包 涵 体 形 式 存 在 当 重 组 蛋 白 以 可 溶 性 形 式 存 在 时, 胞 内 较 高 的 蛋 白 酶 活 性 不 利 于 产 物 的 稳 定 积 累, 而 且 重 组 蛋 白 与 大 量 宿 主 杂 蛋 白 混 杂 在 一 起, 不 利 于 产 物 的 分 离 纯 化, 但 一 般 可 以 通 过 融 合 表 达 的 方 式 生 产 重 组 蛋 白, 这 样 就 可 以 采 用 高 分 辨 率 的 亲 和 层 析 等, 将 重 组 蛋 白 有 效 分 离 出 来 重 组 蛋 白 在 细 胞 质 中 大 量 积 累 时, 很 容 易 产 生 错 误 折 叠, 聚 集 形 成 不 溶 于 水 的 包 涵 体 (inclusion body), 这 是 外 源 基 因 高 效 表 达 时 经 常 会 遇 到 的 问 题 当 重 组 蛋 白 以 包 涵 体 形 式 存 在 时, 有 利 于 重 组 蛋 白 的 分 离 纯 化, 且 不 易 被 蛋 白 酶 降 解 由 于 存 在 大 量 错 误 折 叠, 重 组 蛋 白 不 具 有 生 物 活 性, 不 会 对 宿 主 细 胞 造 成 毒 害 从 包 涵 体 中 分 离 的 没 有 活 性 的 重 组 蛋 白, 可 直 接 作 为 抗 原 制 备 抗 体 但 是, 要 想 得 到 具 有 生 物 活 性 的 重 组 蛋 白, 需 要 经 过 繁 琐 的 变 性 复 性 过 程, 且 得 率 不 高 对 此, 在 外 源 基 因 的 表 达 过 程 中, 可 以 采 用 低 温 诱 导 与 分 子 伴 侣 共 表 达 等 方 式, 尽 量 避 免 包 涵 体 的 形 成, 提 高 重 组 蛋 白 的 可 溶 性, 从 而 提 高 具 有 生 物 活 性 的 重 组 蛋 白 的 得 率 (2) 大 肠 杆 菌 细 胞 的 破 碎 方 法 无 论 细 胞 质 中 的 重 组 蛋 白 以 何 种 形 式 存 在, 分 离 纯 化 重 组 蛋 白 时, 首 先 要 破 碎 大 肠 杆 菌 细 胞, 使 重 组 蛋 白 从 细 胞 中 释 放 出 来 破 碎 细 胞 的 主 要 原 则 是 保 持 重 组 蛋 白 的 生 物 活 性, 不 能 使 蛋 白 质 变 性 失 活 对 于 包 涵 体 中 的 重 组 蛋 白, 由 于 其 本 身 就 没 有 生 物 活 性, 破 碎 细 胞 时 一 般 不 需 要 特 别 考 虑 生 物 活 性 大 肠 杆 菌 具 有 比 较 坚 固 的 细 胞 壁, 要 采 取 专 门 的 细 胞 破 碎 方 法 才 能 使 之 破 裂 破 碎 大 肠 杆 菌 细 胞 的 方 法 主 要 分 为 机 械 破 碎 法 物 理 破 碎 法 化 学 破 碎 法 和 酶 促 破 碎 法 1 机 械 破 碎 法 : 包 括 研 磨 法 匀 浆 法 捣 碎 法 等 采 用 研 磨 或 匀 浆 的 方 式 破 碎, 作 用 比 较 温 和, 有 利 于 保 证 重 组 蛋 白 的 生 物 活 性 ; 捣 碎 法 需 要 使 用 高 速 运 转 的 组 织 捣 碎 器 将 细 胞 打 碎, 为 了 防 止 机 械 能 转 变 的 热 能 使 蛋 白 质 变 性, 通 常 采 用 间 歇 式 的 工 作 方 式, 或 引 入 冷 凝 系 统 防 止 温 度 升 高 2 物 理 破 碎 法 : 包 括 反 复 冻 融 法 溶 胀 法 压 榨 法 超 声 波 破 碎 法 等 反 复 冻 融 法, 先 将 收 集 的 大 肠 杆 菌 放 在 -15~-20 下 冷 冻, 然 后 放 于 室 温 或 40 迅 速 融 化, 反 复 冻 融 多 次, 借 助 冰 晶 及 盐 浓 度 增 高 引 起 的 细 胞 溶 胀 破 碎 细 胞 ; 溶 胀 法, 在 低 渗 溶 液 中, 由 于 细 胞 膜 内 外 存 在 渗 透 压 差, 溶 剂 分 子 会 大 量 进 入 细 胞, 将 细 胞 膜 胀 破 而 释 放 出 胞 内 的 蛋 白 质, 溶 胀 法 与 反 复 冻 融 法 都 比 较 温 和, 但 破 碎 作 用 有 限, 一 般 与 酶 溶 法 联 合 使 用 ; 压 榨 法, 是 在 高 压 下 使 细 胞 悬 液 通 过 小 孔 进 入 常 压 区, 从 而 造 成 细 胞 破 碎, 这 也 是 一 种 比 较 温 和 的 方 法, 能 彻 底 破 碎 细 胞, 但 仪 器 费 用 较 高, 细 胞 处 理 量 较 小 ; 超 声 波 破 碎 法, 是 借 助 具 有 高 能 量

11 的 超 声 波 的 高 速 剪 切 力 碰 撞 力 及 产 生 的 空 穴 效 应, 实 现 细 胞 的 破 碎 ( 见 图 10-3), 破 碎 效 果 跟 样 品 的 浓 度 和 使 用 的 超 声 波 频 率 有 关, 使 用 时 最 好 在 冰 上 操 作, 防 止 产 生 的 热 量 使 重 组 蛋 白 变 性 失 活 3 化 学 破 碎 法 : 使 用 氯 仿 甲 苯 丙 酮 等 脂 溶 性 有 机 溶 剂 或 SDS 等 表 面 活 性 剂 处 理 细 胞, 也 可 与 研 磨 法 联 合 使 用, 将 细 胞 膜 溶 解, 从 而 使 细 胞 破 裂 该 方 法 容 易 使 重 组 蛋 白 变 性 失 活, 引 入 的 化 学 试 剂 对 后 续 分 析 可 能 造 成 不 利 的 影 响 4 酶 促 破 碎 法 : 包 括 自 溶 法 和 酶 溶 法 自 溶 法, 就 是 在 适 当 的 ph 和 温 度 条 件 下, 借 助 细 菌 自 身 产 生 的 细 胞 壁 水 解 酶 蛋 白 酶 脂 酶 等 发 挥 作 用, 破 坏 细 胞 壁 和 细 胞 膜, 使 重 组 蛋 白 释 放 出 来, 但 细 菌 释 放 的 蛋 白 酶 也 会 引 起 重 组 蛋 白 的 降 解 ; 酶 溶 法, 就 是 在 细 胞 悬 液 中 添 加 各 种 水 解 酶, 如 溶 菌 酶 纤 维 素 酶 蜗 牛 酶 和 酯 酶 等, 然 后 在 37 下 温 育, 借 助 这 些 水 解 酶 的 作 用 破 坏 细 胞 壁 和 细 胞 膜, 释 放 出 重 组 蛋 白, 该 方 法 作 用 温 和, 所 使 用 的 酶 专 一 性 强, 不 会 造 成 重 组 蛋 白 的 降 解, 但 酶 制 剂 的 价 格 较 高 各 种 破 碎 细 胞 的 方 法 各 有 其 优 点, 也 有 其 不 足, 仅 使 用 一 种 方 法 往 往 难 以 达 到 理 想 的 效 果, 因 此, 需 要 联 合 使 用 两 种 或 两 种 以 上 的 方 法, 才 能 有 效 地 破 碎 细 胞 在 破 碎 大 肠 杆 菌 细 胞 时, 通 常 联 合 使 用 酶 溶 法 和 超 声 波 破 碎 法 由 于 大 肠 杆 菌 具 有 细 胞 壁, 与 破 碎 动 物 细 胞 相 比, 采 用 超 声 波 破 碎 时 需 要 处 理 更 长 的 时 间, 或 者 使 用 更 高 的 频 率, 这 样 在 操 作 过 程 中 会 产 生 更 多 的 热 量, 更 容 易 使 重 组 蛋 白 变 性 失 活 在 超 声 波 处 理 之 前, 先 用 溶 菌 酶 降 解 大 肠 杆 菌 的 细 胞 壁 成 分, 就 可 以 使 细 胞 膜 失 去 保 护, 然 后 采 用 较 低 功 率 的 超 声 波 进 行 处 理, 就 可 以 有 效 地 破 碎 细 胞 但 是, 只 采 用 酶 溶 法 破 碎 时, 除 了 添 加 溶 菌 酶 之 外, 还 要 添 加 其 它 多 种 酶 才 能 有 效 破 碎 细 胞, 这 样 就 会 增 加 实 验 或 工 艺 成 本 因 此, 将 酶 溶 法 和 超 声 波 破 碎 法 这 两 种 方 法 结 合 使 用 时, 可 以 充 分 发 挥 这 两 种 方 法 的 优 点, 并 避 免 其 不 足, 既 有 效 地 破 碎 了 大 肠 杆 菌 细 胞, 又 有 效 地 保 留 了 重 组 蛋 白 的 生 物 活 性, 还 简 便 快 速, 并 可 节 约

12 实 验 或 工 艺 成 本 (3) 细 胞 破 碎 后 的 固 液 分 离 破 碎 大 肠 杆 菌 细 胞 后, 通 过 高 速 离 心 的 方 法, 就 可 以 实 现 固 液 分 离, 将 细 胞 碎 片 和 其 它 固 形 物 沉 淀 下 来 如 果 重 组 蛋 白 以 可 溶 形 式 存 在, 那 么 重 组 蛋 白 就 被 释 放 到 溶 液 中, 移 取 上 清 液 就 可 以 用 于 随 后 的 分 离 纯 化 如 果 重 组 蛋 白 以 包 涵 体 的 形 式 存 在, 那 么 水 不 溶 性 的 包 涵 体 就 会 与 细 胞 碎 片 等 一 起 沉 淀 下 来, 接 下 来 就 要 考 虑 将 包 涵 体 从 大 量 的 固 形 杂 质 中 分 离 出 来 包 涵 体 的 纯 化, 通 常 使 用 含 有 0.5% Triton X-100 或 2 M 尿 素 的 溶 液 当 洗 涤 沉 淀 物 时, 包 涵 体 仍 然 处 于 不 溶 状 态, 而 细 胞 碎 片 中 的 杂 蛋 白 可 以 被 有 效 溶 解, 高 速 离 心 后, 包 涵 体 就 可 以 沉 淀 下 来 经 过 反 复 洗 涤 就 可 以 去 除 大 部 分 可 溶 性 的 细 菌 蛋 白, 得 到 纯 度 很 高 的 包 涵 体, 其 主 要 成 分 就 是 重 组 蛋 白, 纯 度 通 常 可 以 达 到 90% 以 上 包 涵 体 中 往 往 含 有 大 量 的 DNA 和 RNA, 可 加 入 DNA 酶 和 RNA 酶 进 行 消 化 包 涵 体 经 纯 化 之 后, 使 用 高 浓 度 的 尿 素 (6~8 M) 可 以 溶 解 包 涵 体, 溶 解 的 包 涵 体 能 直 接 用 于 重 组 蛋 白 的 分 离 纯 化 2 重 组 蛋 白 的 分 离 纯 化 (1) 层 析 技 术 概 述 层 析 技 术, 又 称 色 谱 技 术 (chromatography), 是 根 据 物 质 的 物 理 化 学 生 物 学 特 性 的 不 同, 如 溶 解 性 疏 水 性 分 子 量 带 电 性 质 亲 和 力 等 方 面 的 差 异, 使 待 分 离 的 物 质 在 流 动 相 与 固 定 相 之 间 的 分 配 系 数 不 同, 达 到 彼 此 分 离 的 目 的 根 据 分 离 原 理 的 不 同, 分 离 重 组 蛋 白 的 层 析 技 术 主 要 包 括 以 下 几 种 : 1 离 子 交 换 层 析 : 包 括 阳 离 子 交 换 层 析 和 阴 离 子 交 换 层 析, 是 根 据 蛋 白 质 所 带 电 荷 种 类 和 性 质 的 差 异, 以 离 子 交 换 剂 为 固 定 相, 实 现 重 组 蛋 白 分 离 纯 化 2 反 相 层 析 疏 水 层 析 : 根 据 蛋 白 质 的 疏 水 基 团 与 层 析 介 质 上 的 疏 水 基 团 的 疏 水 作 用, 在 非 极 性 的 固 定 相 和 极 性 的 流 动 相 之 间 不 断 分 配, 实 现 重 组 蛋 白 的 分 离 3 凝 胶 过 滤 层 析 : 以 具 有 一 定 孔 径 的 网 络 结 构 的 凝 胶 颗 粒 作 为 固 定 相, 根 据 蛋 白 质 的 分 子 大 小 分 离 纯 化 重 组 蛋 白 凝 胶 过 滤 层 析 又 称 分 子 筛 层 析, 主 要 用 于 脱 盐 蛋 白 质 的 分 级 分 离 蛋 白 质 分 子 量 大 小 的 测 定 4 亲 和 层 析 : 根 据 蛋 白 质 与 固 定 化 的 配 体 之 间 的 特 异 性 亲 和 力, 如 酶 与 底 物 酶 与 抑 制 剂 抗 体 与 抗 原 激 素 与 受 体 等, 实 现 重 组 蛋 白 的 分 离 纯 化 亲 和 层 析 是 分 离 生 物 大 分 子 最 为 有 效 的 层 析 技 术, 具 有 很 高 分 辨 率 5 高 效 液 相 层 析 (HPLC): 是 在 经 典 的 液 相 层 析 的 基 础 上, 引 进 气 相 层 析 的 理 论,

13 采 用 高 操 作 压 力 实 现 物 质 分 离 的 一 种 方 法, 具 有 纯 化 速 度 快, 分 辨 率 高 的 特 点, 且 重 复 性 好, 易 于 自 动 化, 常 用 于 纯 度 要 求 很 高 的 小 分 子 活 性 肽 和 DNA 片 段 的 分 离 层 析 技 术 种 类 繁 多, 涉 及 不 同 的 分 离 机 制, 分 辨 率 高, 选 择 性 强, 能 快 速 有 效 地 把 重 组 蛋 白 从 宿 主 的 杂 蛋 白 和 非 蛋 白 类 杂 质 中 分 离 纯 化 出 来, 而 且 层 析 技 术 的 设 备 要 求 简 单, 便 于 自 动 化 控 制, 分 离 过 程 中 无 发 热 现 象, 不 影 响 重 组 蛋 白 的 生 物 活 性 因 此, 重 组 蛋 白 的 分 离 纯 化, 主 要 依 赖 于 各 种 层 析 技 术 (2) 重 组 蛋 白 的 亲 和 层 析 无 论 验 证 基 因 产 物 的 功 能, 还 是 生 产 重 组 蛋 白 用 于 制 备 抗 体, 或 开 发 重 组 蛋 白 产 品, 都 只 需 分 离 纯 化 出 少 量 重 组 蛋 白, 就 可 以 满 足 实 验 要 求 这 时, 往 往 希 望 采 用 快 速 高 效 的 层 析 技 术 进 行 重 组 蛋 白 的 分 离 纯 化 在 各 种 层 析 技 术 中, 亲 和 层 析 以 其 操 作 简 便 快 速 选 择 性 强 分 辨 率 高 的 特 点, 成 为 首 选 方 法 外 源 基 因 在 大 肠 杆 菌 中 表 达 时, 通 常 采 用 进 行 非 融 合 表 达 和 融 合 表 达 两 种 策 略 ( 见 实 验 8) 采 用 非 融 合 表 达 策 略 可 以 表 达 出 天 然 蛋 白, 不 含 有 任 何 不 相 关 的 氨 基 酸 序 列, 这 对 于 某 些 药 物 的 生 产 至 关 重 要, 但 是 以 这 种 方 式 表 达 出 来 的 重 组 蛋 白 与 大 量 宿 主 杂 蛋 白 混 合 在 一 起, 在 分 离 纯 化 工 艺 上 具 有 很 大 的 难 度 另 一 种 策 略 就 是 进 行 融 合 表 达, 产 生 融 合 蛋 白, 即 目 的 蛋 白 与 另 一 段 非 相 关 的 氨 基 酸 序 列 融 合 在 一 起, 为 了 重 组 蛋 白 分 离 纯 化 的 方 便, 这 段 非 相 关 序 列 往 往 是 一 种 亲 和 标 签, 如 His 标 签 GST 标 签 FLAG 标 签 C-myc 标 签, 还 有 纤 维 素 结 合 结 构 域 麦 芽 糖 结 合 结 构 域 壳 聚 糖 结 合 结 构 域 钙 调 蛋 白 结 合 肽 等 标 签 借 助 这 些 亲 和 标 签, 就 可 以 利 用 亲 和 层 析 的 方 法 分 离 纯 化 重 组 蛋 白 当 然, 这 种 融 合 蛋 白 并 不 是 天 然 蛋 白, 在 随 后 的 操 作 中, 我 们 还 可 以 进 一 步 利 用 特 异 性 蛋 白 酶 将 亲 和 标 签 切 除, 以 释 放 出 真 正 的 目 的 蛋 白 正 是 由 于 分 离 纯 化 的 方 便, 在 科 学 研 究 和 生 产 实 践 中, 一 般 多 采 用 融 合 表 达 的 方 式 生 产 重 组 蛋 白 不 同 的 大 肠 杆 菌 表 达 载 体 可 能 采 用 不 同 的 亲 和 标 签, 因 此, 重 组 蛋 白 的 分 离 纯 化 可 能 涉 及 不 同 的 亲 和 原 理 或 方 法, 这 里 介 绍 两 种 常 用 的 亲 和 标 签 1 GST 标 签 :Pharmacia 公 司 的 pgex 表 达 载 体 系 列, 采 用 谷 胱 甘 肽 硫 转 移 酶 (GST) 作 为 亲 和 标 签, 该 标 签 由 来 源 于 日 本 吸 血 虫 的 谷 胱 甘 肽 硫 转 移 酶 基 因 编 码 融 合 了 GST 的 重 组 蛋 白, 可 以 用 交 联 有 谷 胱 甘 肽 (GSH) 的 层 析 介 质 ( 如 GSH-sepharose) 进 行 纯 化 GST 标 签 纯 化 重 组 蛋 白 的 原 理, 在 于 借 助 GST 与 GSH 之 间 存 在 的 酶 与 底 物 的 特 异 性 亲 和 力, 吸 附 带 有 GST 标 签 的 重 组 蛋 白, 然 后 利 用 游 离 的 GSH 与 固 定 在 层 析 介 质 上 的 GSH 竞 争 性 地 结 合 GST 标 签, 从 而 将 重 组 蛋 白 洗 脱 下 来 经 纯 化 的 重 组 蛋 白, 可 用 凝 血 酶 或 凝 血

14 因 子 Xa 切 除 GST 部 分 该 系 统 主 要 存 在 以 下 两 个 缺 点 : 第 一, 重 组 蛋 白 的 分 离 纯 化 依 赖 于 GST 的 正 确 折 叠, 以 形 成 能 与 GSH 结 合 的 分 子 构 象 ; 第 二,GST 标 签 分 子 量 很 大 ( 具 有 220 个 氨 基 酸 残 基 ), 可 能 会 影 响 重 组 蛋 白 的 可 溶 性, 形 成 不 具 有 生 物 活 性 包 涵 体, 不 利 于 后 续 研 究, 不 过 重 组 蛋 白 产 物 仅 用 于 制 备 抗 体 时, 这 一 点 并 不 是 问 题 2 His 标 签 :Novagen 公 司 的 pet 系 列 表 达 载 体 常 采 用 多 聚 组 氨 酸 作 为 亲 和 标 签, 即 His 标 签 (His tag) His 标 签 是 由 表 达 载 体 上 的 序 列 编 码 产 生 的 6 个 组 氨 酸 的 肽 段, 分 子 量 很 小, 在 ph 8.0 时 不 带 电, 且 无 免 疫 原 性, 因 此,His 标 签 对 重 组 蛋 白 的 分 泌 折 叠 功 能 等 方 面 基 本 上 没 有 不 利 影 响, 是 最 常 用 的 分 离 纯 化 标 签 之 一 组 氨 酸 是 具 有 杂 环 的 氨 基 酸, 每 个 组 氨 基 酸 都 含 有 一 个 咪 唑 基, 这 个 化 学 结 构 带 有 较 多 的 额 外 电 子, 对 带 正 电 的 化 学 物 质 具 有 静 电 吸 引 作 用, 镍 离 子 金 属 螯 合 亲 和 层 析 就 是 利 用 这 个 原 理 来 进 行 重 组 蛋 白 的 分 离 纯 化 的 ( 见 图 10-5, 图 10-6) 该 层 析 通 常 使 用 琼 脂 糖 凝 胶 作 为 介 质, 在 其 颗 粒 上 连 接 亚 氨 二 乙 酸 (IDA) 或 氮 基 三 乙 酸 (NTA) 作 为 金 属 螯 合 剂, 这 些 螯 合 剂 能 够 与 镍 离 子 结 合, 而 镍 离 子 与 融 合 蛋 白 上 的 His 标 签 之 间 产 生 静 电 吸 引 力 这 样, 在 低 浓 度 的 咪 唑 (imidazole) 溶 液 中, 经 螯 合 的 镍 离 子 就 可 以 吸 附 带 有 His 标 签 的 重 组 蛋 白, 使 之 与 宿 主 的 杂 蛋 白 区 分 开 来, 然 后 使 用 高 浓 度 的 咪 唑 溶 液 进 行 洗 脱, 溶 液 中 游 离 的 咪 唑 就 与 重 组 蛋 白 上 His 标 签 的 咪 唑 基 竞 争 性 地 结 合 金 属 螯 合 剂, 从 而 将 重 组 蛋 白 从 凝 胶 介 质 上 洗 脱 下 来 三 实 验 材 料 1 生 物 材 料 基 因 工 程 菌 : 含 有 重 组 质 粒 pet28a-dvgst,pet28a-egfp 的 大 肠 杆 菌 BL21(DE3) 菌

15 株 2 主 要 试 剂 (1) 用 于 细 菌 培 养 :LB 液 体 培 养 基, 卡 那 霉 素 (Kan,50 mg/ml),lb 平 板 ( 不 含 任 何 抗 生 素 ),LB 平 板 (50 μg/ml Kan),100 mm IPTG 等 ; (2) 用 于 重 组 蛋 白 的 分 离 纯 化 :NaH 2 PO 4,NaCl, 咪 唑 (imidazole),5 M NaOH, 浓 盐 酸, 尿 素,0.5 M Tris-HCl(pH 8.0), 溶 菌 酶 (10 mg/ml),dnase I(1 mg/ml),ni-nta 树 脂 (Resin), 层 析 柱, 去 离 子 水 等 (3) 用 于 Ni-NTA 树 脂 的 再 生 :50 mm EDTA(pH 8.0),0.5 M NaOH,0.5% NiSO 4,20% 乙 醇, 叠 氮 钠 等 3 主 要 仪 器 电 子 天 平,pH 计, 微 量 移 液 器, 超 净 工 作 台, 恒 温 摇 床, 制 冰 机, 高 速 离 心 机, 冰 箱, 超 声 破 碎 仪, 电 泳 仪, 垂 直 电 泳 槽 等 四 实 验 步 骤 1 基 因 工 程 菌 的 发 酵 与 细 菌 裂 解 物 的 制 备 (1) 将 基 因 工 程 菌, 即 含 有 重 组 质 粒 pet-28a-dvgst pet-28a-egfp 和 pet-28a-bslipa 的 BL21(DE3) 菌 株, 分 别 接 种 于 2 ml LB 液 体 培 养 基 (50 μg/ml Kan),37 振 荡 培 养, 过 夜, 制 备 种 子 液 (2) 取 1 ml 种 子 液 接 种 于 50 ml LB 液 体 培 养 基 (50 μg/ml Kan), 培 养 2~3 h, 至 OD (3) 分 别 加 入 500 µl 100 mm IPTG 至 终 浓 度 1 mm, 诱 导 培 养 3 h (4) 取 50 ml 离 心 管, 称 量 并 记 录 空 管 的 重 量, 然 后 倒 入 发 酵 液,6000 r/min 离 心 10 min, 倒 尽 上 清 液 (5) 加 入 50 ml 去 离 子 水 重 悬 细 胞, 清 洗, 再 次 离 心 收 集, 倒 尽 上 清 液, 称 量 并 记 录 离 心 管 的 重 量, 可 得 菌 体 湿 重 注 意 : 对 重 组 蛋 白 进 行 定 量 后, 可 根 据 此 处 的 菌 体 湿 重 计 算 重 组 蛋 白 的 产 量 (6) 在 含 pet-28a-dvgst pet-28a-egfp 的 菌 体 中 加 入 8 ml 结 合 液 A(pH 8.0), 重 悬 细 胞 注 意 : 采 用 结 合 液 A 重 悬 细 胞, 提 供 可 溶 性 重 组 蛋 白 与 树 脂 结 合 的 微 环 境 (7) 在 含 pet-28a-bslipa 的 菌 体 中 加 入 8 ml 包 涵 体 细 胞 破 碎 液, 重 悬 细 胞 注 意 : 分 离 纯 化 包 涵 体 中 重 组 蛋 白 和 可 溶 性 重 组 蛋 白 的 方 案 不 同, 包 涵 体 还 需 进 一 步

16 清 洗 (8) 分 别 加 入 200 µl 溶 菌 酶 (10 mg/ml), 冰 上 放 置 30 min 注 意 :1 加 入 溶 菌 酶 可 破 坏 细 胞 壁, 有 利 于 细 菌 的 破 碎, 有 利 于 重 组 蛋 白 释 放 到 胞 外 ; 2 也 可 加 入 8 µl 100 mm PMSF, 抑 制 宿 主 蛋 白 酶 活 性, 操 作 时 应 戴 手 套 (9) 超 声 破 碎 细 胞,100 w,10 sec( 间 隔 10 sec), 处 理 10~20 次 注 意 : 采 用 低 功 率 超 声 破 碎 有 利 于 可 溶 性 重 组 蛋 白 保 持 生 物 学 活 性 (10)4,10000 r/min 离 心 10 min, 对 于 pet-28a-dvgst pet-28a-egfp 来 源 的 样 品, 将 上 清 液 分 别 转 移 到 新 的 离 心 管, 放 置 于 冰 上 保 存 (11) 对 于 pet-28a-bslipa 来 源 的 样 品, 去 除 上 清 液, 加 入 10 ml 包 涵 体 清 洗 液, 重 悬 细 胞, 加 入 20 µl DNase I(1 mg/ml),37 处 理 10~30 min 注 意 :DNase I 可 消 化 释 放 出 来 的 宿 主 基 因 组 DNA, 降 低 溶 液 的 粘 稠 度 (12)6000 r/min 离 心 10 min, 倒 尽 上 清, 加 入 10 ml 包 涵 体 清 洗 液, 室 温 放 置 10~20 min, 离 心, 反 复 清 洗 包 涵 体 3~5 次 注 意 :1 反 复 清 洗 可 尽 量 去 除 混 杂 在 包 涵 体 中 的 宿 主 蛋 白 ; 2 结 合 超 声 波 处 理 可 提 高 纯 化 包 涵 体 的 效 率 (13) 取 步 骤 (10) 中 的 上 清 液 和 步 骤 (12) 中 的 沉 淀 物 各 10 µl, 用 于 SDS-PAGE 检 测 ( 详 见 实 验 9) 注 意 : 确 定 上 清 液 中 含 有 可 溶 性 重 组 蛋 白, 确 定 沉 淀 物 为 包 涵 体 且 含 有 重 组 蛋 白, 然 后 再 进 行 分 离 纯 化 操 作 2 层 析 柱 的 制 备 (1) 颠 倒 试 剂 瓶, 并 反 复 轻 弹 试 剂 瓶, 使 树 脂 (resin) 重 新 悬 浮 (2) 取 2 ml 树 脂 于 10 ml 层 析 柱, 垂 直 静 置 5~10 min, 使 树 脂 在 重 力 作 用 下 沉 淀, 排 出 液 体 注 意 : 层 析 柱 的 上 面 有 盖 子, 下 面 有 阀 门, 同 时 打 开 盖 子 和 阀 门 即 可 排 出 液 体 (3) 加 入 6 ml 无 菌 的 去 离 子 水, 轻 轻 颠 倒 层 析 柱, 使 树 脂 重 新 悬 浮, 垂 直 静 置 5~10 min, 待 树 脂 沉 淀 后 排 出 液 体 (4) 加 入 6 ml 结 合 液 A(pH 8.0), 按 步 骤 (3) 的 方 法 操 作 一 次 (5) 步 骤 (4) 重 复 操 作 一 次, 将 层 析 柱 垂 直 静 置, 备 用 注 意 : 若 较 长 时 间 不 用 时, 可 加 入 0.02% 叠 氮 钠 (azide) 或 20% 乙 醇 作 为 保 护 剂, 密

17 封 层 析 柱, 室 温 保 存 3 可 溶 性 重 组 蛋 白 的 分 离 纯 化 注 意 : 分 离 重 组 绿 色 荧 光 蛋 白 (regfp) 时, 可 通 过 观 察 树 脂 颜 色 的 变 化, 了 解 regfp 与 树 脂 的 结 合 和 解 离 过 程 (1) 分 别 将 8 ml 含 rdvgst 和 regfp 的 细 菌 裂 解 物 加 入 制 备 好 的 层 析 柱, 轻 轻 颠 倒 层 析 柱, 使 树 脂 重 新 悬 浮, 不 断 颠 倒, 保 持 30~60 min, 使 重 组 蛋 白 与 树 脂 充 分 结 合 注 意 : 结 合 液 A 中 仅 含 有 低 浓 度 的 咪 唑 (10 mm), 允 许 带 His 标 签 的 重 组 蛋 白 与 树 脂 结 合, 但 此 时 也 可 能 会 有 一 些 杂 蛋 白 非 特 异 性 地 结 合 在 树 脂 上 (2) 将 层 析 柱 垂 直 静 置 5~10 min, 待 树 脂 沉 淀 后 排 出 液 体 注 意 : 可 收 集 排 出 的 液 体, 以 分 析 重 组 蛋 白 与 树 脂 的 结 合 效 果 (3) 加 入 8 ml 清 洗 液 A(pH 8.0), 重 悬 树 脂, 待 树 脂 沉 淀 排 出 液 体, 该 步 骤 重 复 3~4 次 注 意 :1 清 洗 液 A 中 含 有 较 高 浓 度 的 咪 唑 (20 mm), 可 将 与 树 脂 非 特 异 性 结 合 的 杂 蛋 白 去 除, 但 不 影 响 带 有 His 亲 和 标 签 的 重 组 蛋 白 与 树 脂 的 结 合 ; 2 可 收 集 每 次 排 出 的 液 体, 以 分 析 清 洗 效 果 (4) 加 入 8 ml 洗 脱 液 A(pH 8.0), 重 悬 树 脂, 待 树 脂 沉 淀 排 出 液 体, 得 到 可 溶 性 重 组 蛋 白 注 意 :1 洗 脱 液 A 中 含 有 高 浓 度 的 咪 唑 (270 mm), 可 将 重 组 蛋 白 从 树 脂 上 洗 脱 下 来 ; 2 可 通 过 OD 280 值 或 SDS-PAGE 检 测 是 否 分 离 到 了 可 溶 性 重 组 蛋 白 ; 3 如 果 下 次 还 要 分 离 纯 化 同 一 种 重 组 蛋 白, 可 以 用 0.5 M NaOH 清 洗 树 脂 30 min, 然 后 用 结 合 液 A 平 衡 ; 4 如 果 不 再 分 离 纯 化 这 种 重 组 蛋 白, 必 须 对 树 脂 进 行 再 生 处 理 4 树 脂 的 再 生 (1) 用 8 ml 50 mm EDTA 清 洗 两 次, 以 去 除 镍 离 子 (2) 用 8 ml 0.5 M NaOH 清 洗 两 次 (3) 用 8 ml 无 菌 的 去 离 子 水 清 洗 两 次 (4) 用 8 ml 0.5% NiSO 4 6H 2 O( 无 菌 的 去 离 子 水 配 制 ) 清 洗 两 次 (5) 用 8 ml 无 菌 的 去 离 子 水 清 洗 两 次 (6) 加 入 20% 乙 醇 或 0.02% 叠 氮 钠 作 为 保 护 剂, 密 封 层 析 柱, 室 温 保 存

18 注 意 : 为 了 避 免 树 脂 受 微 生 物 污 染 和 杂 离 子 的 影 响, 在 树 脂 再 生 过 程 中 所 用 试 剂 均 用 无 菌 的 去 离 子 水 配 制 五 思 考 题 1 破 碎 大 肠 杆 菌 的 方 法 有 哪 些? 溶 菌 酶 起 什 么 作 用? 2 超 声 波 破 碎 细 胞 的 原 理 是 什 么? 采 用 超 声 波 破 碎 时 应 主 要 哪 些 问 题? 3 分 离 纯 化 目 标 蛋 白 质 的 层 析 技 术 有 哪 些? 其 中 选 择 性 强 分 辨 率 高 的 层 析 技 术 有 哪 些? 4 利 用 镍 亲 和 层 析 分 离 纯 化 重 组 蛋 白 的 原 理 是 什 么? 5 影 响 镍 亲 和 层 析 效 果 的 因 素 有 哪 些?

19

20 自 编 实 验 讲 义 化 工 原 理 食 品 工 程 原 理 实 验 指 导 书 适 用 于 食 品 科 学 与 工 程 食 品 质 量 与 安 全 环 境 工 程 安 全 工 程 制 药 工 程 生 物 工 程 生 物 技 术 等 专 业 刘 伟 民 郭 仁 惠 艾 凤 祥 陆 道 礼 编 江 苏 大 学 教 材 科 2009 年 8 月 ( 修 订 )

21 目 录 前 言 2 实 验 一 实 验 二 管 路 沿 程 阻 力 测 定 4 离 心 泵 的 性 能 测 定 9 实 验 三 过 滤 实 验 13 实 验 四 旋 风 分 离 实 验 18 实 验 五 传 热 实 验 21 实 验 六 吸 收 实 验 24 实 验 七 干 燥 实 验 27 实 验 八 超 临 界 CO 2 萃 取 实 验 31 实 验 九 实 验 十 分 子 蒸 馏 操 作 实 验 33 冷 冻 实 验 37

22 前 言 一 化 工 原 理 实 验 的 教 学 目 的 和 要 求 化 工 原 理 实 验 属 于 工 程 实 验 范 畴, 实 验 方 法 与 基 础 课 有 所 不 同 数 学 模 型 法 和 因 次 分 析 法 是 研 究 工 程 问 题 的 两 个 基 本 方 法 化 工 原 理 实 验 的 首 要 目 的 是 要 帮 助 学 生 掌 握 处 理 工 程 问 题 的 这 些 实 验 方 法 化 工 原 理 实 验 的 另 一 目 的 是 理 论 联 系 实 际, 帮 助 学 生 理 解 化 工 原 理 的 基 本 知 识 并 将 其 应 用 于 生 产 实 践 化 工 原 理 实 验 的 基 本 要 求 是 : 掌 握 处 理 化 工 类 型 工 程 问 题 的 两 种 基 本 实 验 方 法 ; 掌 握 最 基 本 的 经 验 参 数 和 模 型 参 数 的 估 值 方 法 最 小 二 乘 法 ; 熟 悉 化 工 数 据 ( 包 括 流 量 温 度 压 强 阻 力 系 数 传 热 系 数 传 质 系 数 以 及 特 性 曲 线 等 ) 的 基 本 测 试 技 术 ; 熟 悉 并 掌 握 典 型 单 元 操 作 二 化 工 原 理 实 验 的 教 学 内 容 和 方 法 实 验 课 的 理 论 教 学 要 阐 明 实 验 方 法 论 数 据 处 理 测 试 技 术 及 典 型 化 工 设 备 的 操 作 典 型 的 实 验 项 目 有 流 体 流 动 阻 力 的 测 定 离 心 泵 性 能 测 定 过 滤 及 过 滤 常 数 的 测 定 换 热 器 的 操 作 及 传 热 系 数 的 测 定 填 料 吸 收 塔 的 操 作 及 传 质 系 数 的 测 定 精 馏 塔 的 操 作 与 板 效 率 的 测 定 以 及 干 燥 操 作 和 干 燥 速 度 曲 线 的 测 定 等 化 工 单 元 操 作 用 于 食 品 工 程, 形 成 食 品 工 程 单 元 操 作 对 食 品 工 程 单 元 操 作 而 言, 有 自 己 的 特 点, 实 验 项 目 可 有 所 不 同 教 学 方 法 应 能 保 证 通 过 实 验 课 的 教 学 让 学 生 掌 握 科 学 实 验 的 全 过 程 此 过 程 包 括 实 验 前 的 准 备 实 验 操 作 正 确 记 录 和 处 理 实 验 数 据 及 撰 写 实 验 报 告 一 般 教 学 做 法 是 让 学 生 按 以 上 四 步 要 求 认 真 完 成 实 验 实 验 前 的 准 备 要 求 学 生 在 阅 读 实 验 指 导 书 和 参 阅 相 关 资 料 的 基 础 上, 了 解 实 验 的 目 的 和 要 求, 进 行 实 验 室 现 场 预 习, 以 实 验 小 组 为 单 位 讨 论 实 验 方 案, 写 出 预 习 报 告 预 习 报 告 应 包 括 实 验 目 的 和 内 容 实 验 的 基 本 原 理 及 方 案 实 验 装 置 及 流 程 图 实 验 操 作 步 骤 原 始 数 据 的 记 录 表 格 实 验 报 告 还 应 包 括 实 验 数 据 的 处 理 ( 列 出 一 组 手 算 的 计 算 示 例 ) 及 实 验 结 果 与 讨 论 三 实 验 数 据 的 测 取 误 差 和 处 理 测 取 数 据 时, 应 力 求 准 确, 但 也 不 应 盲 目 追 求 准 确 要 根 据 需 要 确 定 达 到 的 准 确 程 度, 并 且 也 要 分 析 实 验 设 备 的 完 善 程 度, 以 便 使 数 据 的 测 量 能 恰 当 同 时 要 了 解 测 量 仪 器 的 精 度, 以 便 使 数 据 读 数 不 超 过 仪 器 的 精 度 范 围 记 录 数 据 时 要 实 事 求 是 但 经 过 分 析 研 究 后, 对 于 明 显 是 不 可 靠 的 部 分 数 据 加 以 取 舍 是 可 以 的 测 取 数 据 时 一 定 要 全 面, 凡 影 响 实 验 结 果 或 是 数 据 整 理 过 程 中 所 需 数 据 都 应 测 取, 如 大 气 压 室 温 空 气 湿 度 水 温 设 备 有 关 尺 寸, 物 料 性 质 以 及 操 作 数 据 等 记 录 数 据 时 要 明 晰, 以 免 事 后 分 不 清 实 验 数 据 总 是 有 一 定 误 差 的, 实 验 数 据 的 准 确 性 受 到 测 量 仪 表 精 度 限 制, 运 算 所 得 结 果 的 准 确 度 不 会 超 过 原 始 数 据 的 准 确 度, 数 据 处 理 时 要 使 用 有 效 数 字 进 行 运 算 有 关 实 验 误 差 分 析 和 有 效 数 字 的 运 算 规 则 在 分 析 化 学 课 程 中 已 涉 及, 这 里 不 再 赘 述 在 整 个 实 验 过 程 中 实 验 数 据 处 理 是 一 个 重 要 环 节, 它 的 目 的 是 将 实 验 数 据 整 理 成 各 变 量 之 间 的 定 量 关 系 数 据 处 理 的 思 想 应 贯 穿 于 整 个 实 验 过 程 中 实

23 验 数 据 的 各 变 量 的 关 系 可 表 示 为 列 表 式 图 示 式 和 函 数 式 列 表 式 是 将 实 验 数 据 制 成 表 格, 它 显 示 了 各 变 量 间 的 对 应 关 系, 反 映 出 变 量 之 间 的 变 化 规 律, 它 是 标 绘 曲 线 的 基 础 图 示 式 是 将 实 验 数 据 绘 制 成 曲 线, 它 直 观 地 反 映 出 变 量 之 间 的 关 系, 并 为 整 理 成 数 学 模 型 ( 方 程 式 ) 提 供 了 必 要 的 函 数 形 式 函 数 式 是 借 用 数 学 方 法 将 实 验 数 据 按 一 定 函 数 形 式 整 理 成 方 程 即 数 学 模 型 实 验 数 据 表 分 为 记 录 表 和 结 果 综 合 表 两 类 记 录 表 分 原 始 数 据 记 录 表 中 间 和 最 终 计 算 结 果 表 实 验 数 据 用 图 形 表 示 时 需 选 择 坐 标 及 其 比 例 化 工 领 域 常 用 的 坐 标 有 直 角 坐 标 对 数 坐 标 和 半 对 数 坐 标, 要 根 据 数 的 关 系 或 组 织 实 验 时 预 测 的 函 数 形 式 选 用 不 同 形 式 的 坐 标 : 线 性 函 数 采 用 直 角 坐 标 ; 为 了 使 图 形 线 性 化, 幂 函 数 采 用 对 数 坐 标 ; 指 数 函 数 采 用 半 对 数 坐 标 ; 若 自 变 量 和 因 变 量 两 者 的 最 大 和 最 小 值 之 间 数 量 级 相 差 较 大 时, 可 采 用 对 数 坐 标 ; 当 自 变 量 和 因 变 量 中 的 一 个 最 大 和 最 小 值 之 间 数 量 级 较 大 时, 可 采 用 半 对 数 坐 标 坐 标 的 比 例 尺 如 果 选 择 不 当, 可 使 图 形 失 真 对 同 一 套 数 据 若 以 不 同 的 比 例 尺 作 图 则 可 得 到 不 同 形 状 的 图 形, 但 如 考 虑 测 量 的 误 差 ( 此 时 所 标 绘 的 区 域 不 是 点, 而 是 底 边 为 2Δx 高 为 2Δy 的 矩 形 范 围,Δx 为 x 的 测 量 误 差,Δy 为 y 的 测 量 误 差 ), 可 任 选 坐 标 比 例 尺, 所 得 函 数 关 系 具 有 唯 一 性 为 使 所 得 矩 形 近 似 为 边 长 是 2mm 的 正 方 形,x 轴 的 比 例 为 1/Δx,y 轴 的 比 例 为 1/Δy 借 助 测 量 误 差 作 图, 必 须 确 定 误 差 值 Δx Δy, 当 x y 分 别 是 直 接 测 量 值,Δx Δy 可 由 仪 表 的 精 度 确 定 它 们 的 值, 当 变 量 是 间 接 测 量 值, 其 误 差 可 按 误 差 传 递 准 则 求 取 实 验 数 据 也 常 常 整 理 为 方 程 式, 即 建 立 过 程 的 数 学 模 型, 对 于 广 泛 应 用 计 算 机 的 时 代, 这 是 十 分 必 要 的 化 工 上 常 用 的 函 数 形 式 有 多 项 式 幂 函 数 和 指 数 函 数 除 了 以 上 三 种 形 式 外, 对 于 某 些 具 体 过 程 在 作 深 入 的 理 解 和 合 理 的 简 化 以 后, 由 过 程 的 数 学 描 述, 可 获 得 相 应 的 函 数 形 式 另 外, 也 可 由 文 献 资 料 中 选 择 相 应 的 函 数 形 式 当 以 上 几 种 方 法 都 不 能 采 用 时, 则 可 借 助 于 实 验 数 据 先 在 直 角 坐 标 纸 上 标 绘 曲 线, 然 后 参 考 典 型 函 数 图 形 选 择 适 当 的 函 数 形 式 数 学 模 型 建 立 后, 再 设 法 确 定 其 中 的 参 数 对 非 线 性 模 型 中 的 参 数, 一 般 总 是 设 法 将 模 型 转 化 为 线 性 模 型 后 再 行 求 取 四 学 生 应 该 注 意 的 问 题 学 生 在 进 行 实 验 之 前 应 该 写 好 预 习 报 告 并 进... 入 实 验 室 认 真 预 习 实 验, 了 解 实 验 流 程 和 设 备 的 结 构, 体 会 设 备 和 仪 器 的 操 作 要 点, 注... 意 设 备 和 自 身 的 安.. 全 动 手 之 前, 要 将 本 次 实 验 的 目 的 原 理 流 程 操 作 方 法 和 注 意 点 数 据 记 录 格 式 数 据 处 理 方 法 等 向... 指 导 老 师 进 行 陈 述, 通 过 指 导 老 师 的 预 习 考 核 后 再 进 行... 实 验 实 验 时 应 多 动 手 观 察 和 思 考, 禁... 止 做 与 实 验 无 关 的 事 情 实 验 完 成 后 要... 登 记 记 录 的 数 据, 整 理 实 验 室, 经 老 师 批 准 后 方 可 离 开 实 验 室 实 验 报 告 应 在 一 周 之 内 上 交 指 导 老 师

24 实 验 一 管 路 沿 程 阻 力 测 定 一 实 验 目 的 1. 掌 握 流 体 流 经 管 道 时 沿 程 阻 力 损 失 的 测 定 方 法 2. 测 定 流 体 流 过 直 管 时 的 摩 擦 阻 力, 确 定 摩 擦 系 数 λ 与 R e 的 关 系, 理 解 这 一 关 系 能 推 广 使 用 到 大 设 备 和 其 它 流 体 的 道 理 3. 测 定 流 体 流 过 管 件 时 的 局 部 阻 力, 并 求 出 阻 力 系 数 ξ 4. 学 会 压 差 计 和 流 量 计 的 使 用 二 实 验 原 理 流 体 在 管 路 中 流 动 时, 由 于 粘 性 剪 应 力 和 涡 流 的 存 在, 不 可 避 免 地 会 引 起 压 强 损 耗 这 种 损 耗 包 括 流 体 流 经 直 管 的 沿 程 阻 力 以 及 流 体 流 动 方 向 的 改 变 或 因 管 子 大 小 形 状 的 改 变 所 引 起 的 局 部 阻 力 1. 沿 程 阻 力 流 体 在 水 平 均 匀 管 道 中 稳 定 流 动 时, 由 截 面 1 到 截 面 2, 阻 力 损 失 表 现 为 压 强 降 低 : h f p 1 p = 2 ρ 湍 流 流 动 时, 影 响 阻 力 损 失 的 因 素 十 分 复 杂, 目 前 尚 不 能 完 全 用 理 论 的 方 法 求 解, 必 须 通 过 实 验 研 究 其 规 律 为 减 少 实 验 工 作 量, 扩 大 实 验 结 果 的 应 用 范 围, 可 以 采 用 因 次 分 析 法 将 各 个 变 量 综 合 成 准 数 关 系 式 影 响 阻 力 损 失 的 因 素 有 : 1) 流 体 性 质 : 密 度 ρ, 粘 度 μ ; 2) 管 路 的 几 何 尺 寸 : 管 径 d, 管 长 l, 管 壁 粗 糙 度 ε ; 3) 流 动 条 件 : 流 速 u 变 量 关 系 可 以 表 示 为 : Δ p = f ( d, l, μ, ρ, u, ε ) 组 合 成 如 下 的 无 因 次 式 : Δp ρ u 2 duρ = ϕ(, μ l d ε, ) d ; ε 引 入 : λ = ϕ( R e, ) d Δp = ρ l d ϕ( R e 2 ε u, ) d 2 ;

25 则 上 式 变 为 : h f Δp l = = λ ρ d 2 u 2 上 式 中 :λ 称 为 直 管 摩 擦 系 数, 滞 流 时, λ = 64 Re ; 湍 流 时,λ 与 R e 的 关 系 受 管 壁 粗 糙 度 的 影 响, 需 由 实 验 测 得 根 据 伯 努 利 方 程 可 知, 流 体 流 过 直 管 的 沿 程 阻 力 损 失, 可 直 接 由 所 测 得 的 液 柱 压 差 计 读 数 R (m) 算 出 : Δ p = R ρ ρ ) g ( 指 水 其 中 : ρ 指 压 差 计 中 指 示 剂 的 密 度 (kg m -3 ) 本 实 验 中 以 水 银 作 为 指 示 剂, 另 一 流 体 为 水 2. 局 部 阻 力 局 部 阻 力 通 常 有 两 种 表 示 方 法, 即 当 量 长 度 法 和 阻 力 系 数 法 1) 当 量 长 度 法 流 体 流 过 某 管 件 或 阀 门 时, 因 局 部 阻 力 造 成 的 损 失, 相 当 于 流 体 流 过 与 其 具 有 相 同 管 径 的 若 干 米 长 度 的 直 管 阻 力 损 失, 这 直 管 长 度 称 为 当 量 长 度, 用 符 号 l e 表 示 这 样, 就 可 以 用 直 管 阻 力 的 公 式 来 计 算 局 部 阻 力 损 失, 而 且 在 管 路 计 算 时, 可 将 管 路 中 的 直 管 长 度 与 管 件 阀 门 的 当 量 长 度 合 并 在 一 起 计 算, 如 管 路 直 管 长 度 为 l, 各 种 局 部 阻 力 的 当 量 长 度 之 和 为 l e, 则 流 体 在 管 路 中 流 动 时 总 阻 力 损 失 h f 为 : 2) 阻 力 系 数 法 式 中 : h f l + = λ d l e 2 u 2 流 体 流 过 某 一 管 件 或 阀 门 的 阻 力 损 失 用 流 体 在 管 路 中 的 动 能 系 数 h p 表 示 : ξ 局 部 阻 力 系 数, 无 因 次 ; h p 2 u = ξ 2 u 在 小 截 面 管 中 流 体 的 平 均 流 速 (m/s) 由 于 管 件 两 侧 距 测 压 孔 间 的 直 管 长 度 很 短, 引 起 的 摩 擦 阻 力 与 局 部 阻 力 相 比, 可 以 忽 略 不 计, 因 此 h p 的 值 可 以 应 用 伯 努 利 方 程 由 液 柱 压 差 计 读 数 R 求 出 2 u 可 以 由 涡 轮 流 量 计 及 MMD 智 能 流 量 仪 算 出 : u V π = (m/s) 式 中 : V s 平 均 流 量 (m 3 /s) s 4 d

26 三 实 验 装 置 与 流 程 1. 本 实 验 装 置 及 设 备 主 要 参 数 : 被 测 元 件 : 镀 锌 水 管, 管 长 2.0 m, 管 径 ( 公 称 直 径 )0.021m ; 闸 阀 D N =3/4 1) 测 量 仪 表 :U 形 压 差 计 ( 水 银 指 示 液 );LW-15 型 涡 轮 流 量 计 ( 精 度 0.5 级, 量 程 0.4~4.0m 3 /h, 仪 器 编 号 Ⅰ 的 仪 表 常 数 为 ( 次 / 升 ), 仪 器 编 号 Ⅱ 的 仪 表 常 数 为 ( 次 / 升 ),MMD 智 能 流 量 仪 ) 2) 循 环 水 泵 3) 循 环 水 箱 4) DZ15-40 型 自 动 开 关 5) 数 显 温 度 表 2. 流 程 : 1) 水 箱 ; 2) 控 制 阀 3) 放 空 阀 4) U 形 压 差 计 5) 平 衡 阀 6) 放 空 阀 7) 排 液 阀 8) 数 显 温 度 表 9) 泵 10) 涡 轮 流 量 计 11) 取 压 孔 12) U 形 压 差 计 13) 闸 阀 14) 取 压 孔 四 实 验 操 作 步 骤 及 注 意 事 项 1. 水 箱 充 水 至 80% 2. 仪 表 调 整 ( 涡 轮 流 量 计 MMD 智 能 流 量 仪 按 说 明 书 调 节 ) 3. 打 开 压 差 计 上 平 衡 阀, 关 闭 各 放 气 阀

27 4. 启 动 循 环 水 泵 前 一 定 要 检 查 泵 轴 是 否 转 动, 检 查 各 阀 的 开 或 关 的 位 置, 全 开 阀 13, 全 关 阀 2, 各 放 气 阀 关, 全 开 平 衡 阀, 后 启 动 循 环 水 泵 5. 排 气 :(1) 管 路 排 气 ;(2) 测 压 管 排 气 ;(3) 全 开 平 衡 阀, 缓 慢 旋 动 压 差 计 上 放 气 阀, 同 时 注 意 水 银 柱 的 变 化, 防 止 冲 水 银, 排 除 压 差 计 中 的 气 泡 ( 注 意 : 先 排 进 压 管 后 排 出 压 管, 以 防 压 差 计 中 水 银 冲 走 ), 排 气 完 毕 后 一 定 要 关 闭 放 气 阀 6. 读 取 压 差 计 零 位 读 数 7. 开 启 调 节 阀 至 最 大, 确 定 流 量 范 围, 确 定 实 验 点 (8~10 个 ), 测 定 直 管 部 分 阻 力 和 局 部 阻 力 ( 闸 阀 全 开 时 ) 8. 测 定 读 数 : 改 变 管 道 中 的 流 量 读 出 一 系 列 流 量 V s 压 差 Δ p1 ( 或 Δ p2 ) 注 意 : 每 改 变 一 次 流 量 后, 等 流 动 稳 定 后, 才 能 保 证 测 定 数 据 的 准 确 9. 实 验 装 置 恢 复 原 状, 打 开 压 差 计 上 的 平 衡 阀, 并 清 理 实 验 场 地 五 实 验 数 据 记 录 实 验 装 置 号 :, 被 测 管 长 :, 被 测 管 径 : 被 测 管 件 :, 仪 表 常 数 : 次 / 升, 水 温 : 序 号 流 量 仪 读 数 ( 次 /s) 直 管 阻 力 损 失 Δp 1 局 部 阻 力 损 失 Δp 2 U 管 左 边 读 数 U 管 右 边 读 数 U 管 左 读 数 U 管 右 边 读 数 cmhg cmhg cmhg cmhg 0 ( 初 始 ) ( 初 始 ) ( 初 始 ) ( 初 始 ) 六 实 验 数 据 处 理 26

28 数 据 处 理 结 果 如 表 所 示, 以 序 号 1 为 例 写 出 计 算 过 程 序 号 流 量 Vs m 3 /s 流 速 u m/s 密 度 ρ kg/m 3 粘 度 μ Pa s Re R 1 cmhg R 2 cmhg Δp 1 Pa Δp 2 Pa λ ζ 七 实 验 结 果 与 讨 论 1. 用 双 对 数 坐 标 纸 关 联 一 定 ε d 下,λ 和 R e 的 关 系, 并 解 释 这 一 关 系 能 推 广 使 用 的 原 因 2. 为 什 么 测 定 数 据 前 首 先 要 赶 尽 设 备 和 测 压 管 中 的 空 气? 怎 样 赶 走? 3. 在 进 行 测 试 系 统 的 排 气 工 作 时, 是 否 要 关 闭 系 统 的 出 口 阀? 为 什 么? 4. U 形 压 差 计 上 装 设 平 衡 阀 有 何 作 用? 什 么 时 候 开 着? 什 么 时 候 关 闭? 5. 为 什 么 本 实 验 数 据 须 在 双 对 数 坐 标 纸 上 进 行 标 绘? 附 录 : 涡 轮 流 量 计 工 作 原 理 涡 轮 流 量 计 的 传 感 器 由 壳 体 前 导 向 架 涡 轮 叶 轮 后 导 向 架 压 紧 圈 和 带 放 大 器 的 磁 电 感 应 转 换 器 等 组 成 当 被 测 流 体 流 经 传 感 器 时, 传 感 器 内 的 叶 轮 借 助 于 流 体 的 动 能 而 产 生 旋 转, 叶 轮 即 周 期 性 地 改 变 磁 电 感 应 系 统 中 地 磁 阻 值, 使 通 过 线 圈 的 磁 通 量 周 期 性 地 发 生 变 化, 线 圈 中 便 感 应 出 交 流 电 信 号 交 变 的 电 信 号 频 率 与 涡 轮 的 转 速 成 正 比, 也 即 与 流 量 成 正 比 这 个 电 脉 冲 信 号, 经 放 大 器 放 大 后 传 送 至 相 应 的 流 量 积 算 仪 表, 进 行 流 量 或 总 量 的 测 量 流 量 ( 升 /s)= 流 量 积 算 读 数 ( 次 /s)/ 仪 表 常 数 ( 次 / 升 ) 27

29 实 验 二 离 心 泵 的 性 能 测 定 一 二 实 验 目 的 1. 熟 悉 离 心 泵 的 操 作, 了 解 离 心 泵 的 结 构 和 特 性 2. 学 会 离 心 泵 特 性 曲 线 的 测 定 方 法 3. 了 解 单 级 离 心 泵 在 一 定 转 速 下 的 扬 程 轴 功 率 效 率 和 流 量 之 间 的 关 系 实 验 原 理 离 心 泵 的 特 性 主 要 是 指 泵 的 流 量 扬 程 功 率 和 效 率, 在 一 定 的 转 速 下, 离 心 泵 的 流 量 扬 程 功 率 和 效 率 均 随 流 量 的 大 小 改 变 即 扬 程 和 流 量 的 特 性 曲 线 H = f Q ) ; 功 率 消 耗 和 流 量 的 特 性 曲 线 N = f Q ) ; 及 效 率 和 流 量 的 特 性 e ( e ( Qe 曲 线 η = f ) 这 三 条 曲 线 为 离 心 泵 的 特 性 曲 线 它 们 与 离 心 泵 的 设 计 加 工 情 况 有 关, 必 须 由 实 验 测 定 三 条 特 性 曲 线 中 的 Q e 和 N 轴 由 实 验 测 定 H e 和 η 由 以 下 各 式 计 算, 由 伯 努 利 方 程 可 知 : 轴 ( e 2 u0 u H e = H 压 强 表 + H 真 空 表 + h0 + 2g 式 中 : H e 泵 的 扬 程 (m 液 柱 ) H 压 强 表 压 强 表 测 得 的 表 压 (m 液 柱 ) H 真 空 表 真 空 表 测 得 的 真 空 度 (m 液 柱 ) h 0 压 强 表 和 真 空 表 中 心 的 垂 直 距 离 (m) u 0 泵 的 出 口 管 内 流 体 的 速 度 (m/s) u 1 泵 的 进 口 管 内 流 体 的 速 度 (m/s) g 重 力 加 速 度 (m/s 2 ) H eq e ρ 流 体 通 过 泵 之 后, 实 际 得 到 的 有 效 功 率 : N e = ; 离 心 泵 的 效 率 : 102 N e N 轴 η = 在 实 验 中, 泵 的 轴 功 率 由 所 测 得 的 电 机 的 输 入 功 率 N 入 计 算 : N 轴 = η η N 传 电 入 式 中 : N e 离 心 泵 的 有 效 功 率 (kw) Q e 离 心 泵 的 输 液 量 (m 3 /s )

30 ρ 被 输 送 液 体 的 密 度 (kg/m 3 ) N 入 电 机 的 输 入 功 率 (kw) N 轴 离 心 泵 的 轴 功 率 (kw) η 离 心 泵 的 效 率 η 传 传 动 效 率, 联 轴 器 直 接 传 动 时 取 1.00 η 电 电 机 效 率, 一 般 取 0.90 三 实 验 装 置 和 流 程 1. 装 置 1) 被 测 元 件 : 1 1 BL 6 型 离 心 泵 进 口 管 径 ф40mm ; 出 口 管 径 ф25mm 2 2) 测 量 仪 表 : 真 空 表 精 度 1.5 级 ; 量 程 0~-0.1MPa 压 力 表 精 度 1.5 级 ; 量 程 0~0.4MPa 流 量 计 精 度 0.5 级 ; 量 程 1.6~10m 3 /h(lw-25 涡 轮 流 量 计 ) 功 率 表 精 度 ±0.5%F.S(DP3(I)-W1100( 单 相 )) MDD 智 能 流 量 仪 装 置 Ⅰ 的 仪 表 常 数 为 次 / 升, 装 置 Ⅱ 的 仪 表 常 数 为 次 / 升 3) 循 环 水 箱 2. 流 程 1) 离 心 泵 2) 真 空 表 3) 压 力 表 4) 流 量 计 5) 循 环 水 箱 6) 引 水 阀 7) 上 水 阀 8) 调 节 阀 9) 排 水 阀 10) 底 阀 29

31 四 实 验 步 骤 1. 开 放 上 水 阀 门, 水 箱 充 水 至 80% 2. 关 闭 功 率 表 流 量 计 的 二 次 仪 表 及 调 节 阀 3. 开 启 引 水 阀, 反 复 开 启 和 关 闭 放 气 阀, 尽 可 能 排 除 泵 体 内 的 空 气 排 气 结 束, 关 闭 引 水 阀 4. 启 动 离 心 泵 ( 首 先 检 查 泵 轴 是 否 转 动, 全 关 阀 8, 后 启 动 ) 5. 开 启 各 仪 表 开 关 6. 开 启 调 节 阀 至 最 大 开 启 度, 由 最 大 流 量 范 围 合 理 分 割 流 量, 进 行 实 验 布 点 7. 由 调 节 阀 调 节 流 量, 每 次 流 量 调 节 稳 定 后 再 读 取 各 实 验 数 据 8. 实 验 装 置 恢 复 原 状, 并 清 理 实 验 场 地 五 实 验 数 据 记 录 实 验 装 置 号 :, 电 机 转 速 :, 进 口 管 径 : 出 口 管 径 :, 仪 表 常 数 : 次 / 升, 水 温 :, 功 率 表 系 数,h = 序 号 流 量 仪 读 数 ( 次 /s) 压 力 表 读 数 MPa 真 空 表 读 数 MPa 功 率 表 读 数

32 六 实 验 数 据 处 理 数 据 处 理 结 果 如 表 所 示, 以 序 号 1 为 例 写 出 计 算 过 程 流 量 流 速 (m/s) 序 号 m 3 /s m 3 /h u 1 u 0 H 表 压 m H 真 空 度 m 扬 程 He m 有 效 功 率 Ne kw 轴 功 率 N kw 效 率 η % 七 实 验 结 果 及 讨 论 1. 绘 出 所 测 离 心 泵 的 特 性 曲 线 图, 并 与 制 造 厂 给 出 的 特 性 曲 线 图 比 较 2. 实 验 中 如 何 根 据 压 力 表 的 读 数 来 调 节 流 量 使 流 量 的 分 布 较 为 均 匀? 3. 离 心 泵 开 启 前 为 什 么 要 灌 泵? 4. 为 什 么 离 心 泵 启 动 时 要 关 闭 出 口 阀 和 拉 下 功 率 表 的 开 关? 5. 正 常 工 作 的 离 心 泵, 在 其 进 口 管 上 设 阀 门 是 否 合 理, 为 什 么? 6. 为 什 么 在 离 心 泵 进 口 管 下 端 安 装 底 阀? 从 节 能 观 点 上 看, 底 阀 的 装 设 是 否 有 利? 你 认 为 如 何 改 进? 31

33 实 验 三 过 滤 实 验 一 实 验 目 的 1. 熟 悉 板 框 压 滤 机 的 结 构 2. 学 会 板 框 压 滤 机 的 操 作 方 法 3. 测 定 一 定 物 料 恒 压 过 滤 方 程 中 的 过 滤 常 数 K 和 q e, 确 定 恒 压 过 滤 方 程 二 实 验 原 理 过 滤 是 一 种 能 将 固 体 物 截 流 而 让 流 体 通 过 的 多 孔 介 质, 将 固 体 物 从 液 体 或 气 体 中 分 离 出 来 的 过 程 因 此 过 滤 在 本 质 上 是 流 体 通 过 固 体 颗 粒 层 的 流 动 所 不 同 的 是 这 个 固 体 颗 粒 层 的 厚 度 随 着 过 滤 过 程 的 进 行 而 不 断 增 加 因 此 在 势 能 差 Δ(p+ρgz) 不 变 的 情 况 下, 单 位 时 间 通 过 过 滤 介 质 的 液 体 量 也 在 不 断 下 降, 即 过 滤 速 度 不 断 降 低 过 滤 速 度 u 的 定 义 是 单 位 时 间 单 位 过 滤 面 积 内 通 过 过 滤 介 质 的 滤 液 量, 即 :u=dv/(adτ), 式 中 A 代 表 过 滤 面 积 m 2,τ 代 表 过 滤 时 间 s,v 代 表 滤 液 量 m 3 影 响 过 滤 速 度 的 主 要 因 素 除 势 能 差 滤 饼 厚 度 外, 还 有 滤 饼 和 悬 浮 液 ( 含 有 固 体 粒 子 的 流 体 ) 性 质 悬 浮 液 温 度 过 滤 介 质 的 阻 力 等, 故 难 以 用 严 格 的 流 体 力 学 方 法 处 理 比 较 过 滤 过 程 与 流 体 经 过 固 定 床 的 流 动 可 知 : 过 滤 速 度, 即 为 流 体 经 过 固 定 床 的 表 观 速 度 u 同 时, 液 体 在 细 小 颗 粒 构 成 的 滤 饼 空 隙 中 的 流 动 属 于 低 雷 诺 范 围 因 此, 可 利 用 流 体 通 过 固 体 床 压 降 的 简 化 数 学 模 型, 寻 求 滤 液 量 q 与 时 间 τ 的 关 系 在 低 雷 诺 数 下, 可 用 康 采 尼 (Kozeny) 的 计 算 式, 即 : u = dq d τ = 3 ε (1 ε ) 2 a 2 K 1 μ Δ p L 对 于 不 可 压 缩 的 滤 饼, 由 上 式 可 以 导 出 过 滤 速 率 的 计 算 式 为 : dq d τ = r Δ p K = v μ ( q + q e ) 2( q + q e ) 式 中 :q e =V e /A,V e 为 形 成 与 过 滤 介 质 阻 力 相 等 的 滤 饼 层 所 得 的 滤 液 量 m 3 ;r 为 滤 饼 的 比 阻 1/m 2 ;v 为 单 位 体 积 滤 液 所 得 到 的 滤 饼 的 体 积 m 3 /m 3 ;μ 为 滤 液 的 粘 度 Pa s;k 为 过 滤 常 数 m 2 /s 在 恒 压 差 过 滤 时, 上 述 微 分 方 程 积 分 后 可 得 :q 2 +2qq e =Kτ 由 上 述 方 程 可 计 算 在 过 滤 设 备 过 滤 条 件 一 定 时, 过 滤 一 定 滤 液 量 所 需 要 32

34 的 时 间 或 者 在 过 滤 时 间 过 滤 条 件 一 定 时 为 了 完 成 一 定 生 产 任 务, 所 需 要 的 过 滤 设 备 大 小 在 利 用 上 述 方 程 计 算 时, 需 要 知 道 K q e 等 常 数, 而 K q e 常 数 只 有 通 过 实 验 才 能 测 定 在 用 实 验 方 法 测 定 过 滤 常 数 时, 需 将 上 述 方 程 变 换 成 如 下 形 式 : τ 1 2 = q + q K K 因 此, 实 验 时 只 要 维 持 操 作 压 强 恒 定, 计 取 过 滤 时 间 和 相 应 的 滤 液 量 以 τ/q~q 作 图 得 直 线 读 取 直 线 斜 率 1/K 和 截 距 2q e /K, 求 取 常 数 K 和 q e 的 值 或 者 将 τ/q 和 q 的 数 据 用 最 小 二 乘 法 求 取 l/k 和 2q e /K 值, 进 而 计 算 K 和 q e 的 值 若 在 恒 压 过 滤 的 时 间 内 已 通 过 单 位 过 滤 面 的 滤 液 q 1, 则 在 τ 1 至 τ 2 及 q 1 至 q 2 范 围 内 将 上 述 微 积 分 方 程 积 分 整 理 后 得 : q e τ τ q 1 q 1 = 1 K ( q q 1 ) + 2 K ( q 1 + q e ) 上 述 表 明 q-q 1 和 (τ-τ 1 )/(q-q 1 ) 为 线 性 关 系, 从 而 能 方 便 地 求 出 过 滤 常 数 K 和 q e 用 最 小 二 乘 法 回 归 直 线 方 程 时, 设 回 归 方 程 为 y=α+βx, 则 β=[(xy) 平 均 -x 平 均 y 平 均 ]/[(x 2 ) 平 均 -(x 平 均 ) 2 ],α=y 平 均 -βx 平 均 三 实 验 装 置 和 流 程 1. 装 置 实 验 装 置 由 配 料 桶 供 料 泵 圆 形 过 滤 机 滤 液 计 量 筒 及 空 气 压 缩 机 等 组 成 可 进 行 过 滤 洗 涤 和 吹 干 三 项 操 作 过 程 碳 酸 钙 (CaCO 3 ) 或 碳 酸 镁 (MgCO 3 ) 的 悬 浮 液 在 配 料 桶 内 配 制 成 一 定 浓 度 后, 为 阻 止 沉 淀, 料 液 由 供 料 泵 管 路 循 环 配 料 桶 中 用 压 缩 空 气 搅 拌, 浆 液 经 过 滤 机 过 滤 后, 滤 液 流 入 计 量 筒 过 滤 完 毕 后, 亦 可 用 洗 涤 水 洗 涤 和 压 缩 空 气 吹 干 2. 实 验 流 程 本 实 验 的 流 程 如 下 图 所 示 图 中 给 出 了 两 套 装 置 的 流 程

35 四 实 验 操 作 步 骤 及 要 点 1. 实 验 可 选 用 CaCO 3 粉 末 配 制 成 滤 浆, 其 量 约 占 料 桶 的 2/3 左 右, 配 制 浓 度 在 8.0B 左 右 ( 约 10%,wt) 2. 料 桶 内 滤 浆 可 用 压 缩 空 气 和 循 环 泵 进 行 搅 拌, 桶... 内 表 压 强 控 制 在 0. ~ 0.1MPa...,... 不 能 超 过 料 桶 承 受 的 压 强 0.14MPa...,.. 3. 滤 布 在 装 上 之 前 要 先 用 水 浸 湿 4. 实 验 操 作 前, 应 先 让 供 料 泵 通 过 循 环 管 路, 循 环 操 作 一 段 时 间, 过 滤 时 也 要 保 证 料 液 循 环 结 束 后, 应 关 闭 料 桶 上 的 出 料 阀, 打... 开 旁 路 上 清 水 管 路 清 洗... 供 料 泵, 以 防 止 CaCO 3 在 泵 体 内 沉 积 5. 实 验 初 始 阶 段 不 是 恒 压 操 作 因 此 可 采 用 二 只 秒 表 交 替 计 时, 记 下 时 间 和 滤 液 量, 并 确 定 恒 压 开 始 时 间 τ 1 和 相 应 的 滤 液 量 q 1 过 滤 压 强 不 要 超 过 0.08MPa 6. 当 滤 液 量 很 少 时, 滤 渣 已 充 满 滤 框 后, 过 滤 阶 段 可 结 束 五 实 验 数 据 记 录 过 滤 物 系 : 轻 质 碳 酸 钙 计 量 筒 直 径 : 圆 板 过 滤 器 直 径 : 内 径 150mm 框 厚 : 过 滤 操 作 压 强 : 料 液 浓 度 : 料 液 温 度 :

36 序 号 时 间 间 隔 (s) 间 隔 中 的 滤 液 量 (L) 1( 恒 压 前 ) 六 实 验 数 据 处 理 数 据 处 理 结 果 如 表 所 示, 以 序 号 2 为 例 写 出 计 算 过 程 间 隔 时 间 序 号 Δτ s 间 隔 滤 液 量 Δq ΔV m 3 /m 2 m 3 累 积 滤 液 量 V m 3 累 积 累 积 q 时 间 τ m 3 /m 2 s (τ-τ 1 )/ (q-q 1 ) q-q 1 m 3 /m 2

37 七 实 验 结 果 及 讨 论 1. 将 表 中 数 据 描 点, 根 据 直 线 的 斜 率 和 截 距 求 出 K 和 q e, 并 写 出 恒 压 过 滤 方 程 2. 用 最 小 二 乘 法 求 取 斜 率 和 截 距 并 由 此 求 出 K 和 q e, 与 图 解 求 出 的 比 较 3. 本 实 验 如 何 洗 涤 滤 饼? 4. 本 实 验 如 何 吹 干 滤 饼? 5. 在 本 实 验 的 装 置 上 如 何 测 定 滤 饼 的 压 缩 指 数 s 和 物 料 特 性 常 数 k? 36

38 实 验 四 旋 风 分 离 实 验 一 实 验 目 的 1. 了 解 旋 风 分 离 器 中 惯 性 离 心 力 产 生 过 程 ; 验 证 惯 性 离 心 力 进 行 非 均 项 分 离 过 程 的 原 理 2. 了 解 如 何 用 实 验 的 方 法 测 定 旋 风 分 离 器 的 性 能 3. 测 定 粒 级 效 率 曲 线 二 实 验 原 理 评 价 旋 风 分 离 器 的 性 能 的 主 要 指 标 是 尘 粒 从 气 流 中 的 分 离 效 果 及 气 体 经 过 旋 风 分 离 器 的 压 降, 即 用 临 界 粒 径 分 离 效 率 压 降 三 个 参 数 进 行 评 价 1. 临 界 粒 径 对 于 一 定 尺 寸 的 旋 风 分 离 器 来 说, 理 论 上 存 在 着 一 个 d c 值, 凡 直 径 大 于 d c 的 颗 粒 均 应 能 分 离 下 来, 而 小 于 d c 的 颗 粒 则 分 离 不 出 来 根 据 临 界 粒 径 的 定 义, 可 以 从 旋 风 分 离 器 气 流 出 口 处 测 得 被 带 出 颗 粒 的 最 大 粒 径, 稍 大 于 该 粒 径 的 尺 寸 即 为 颗 粒 的 临 界 粒 径 d c 测 量 颗 粒 粒 径 的 方 法 有 筛 分 法 仪 器 测 量 法 显 微 镜 测 量 法 等 2. 分 离 效 率 粒 级 效 率 计 算 公 式 为 : C1, i C2, i η p, i = (1) C 式 中 1, i 气 体 含 尘 浓 度 与 颗 粒 质 量 气 体 流 量 和 时 间 存 在 如 下 关 系 : G C = (2) Qt 将 式 (2) 代 入 式 (1) 得 : η p. i ΔGi = G C 1, i 进 口 气 体 中 粒 径 为 d i 的 颗 粒 浓 度,g/m 3 C 2,i 出 口 气 体 中 粒 径 为 d i 的 颗 粒 浓 度,g/m 3 G 含 尘 气 流 中, 某 粒 径 的 颗 粒 质 量,g Q 气 体 流 量,m 3 /s t 分 离 时 间,s Δ G i 被 分 离 出 粒 径 为 d i 的 颗 粒 质 量,g 1, i

39 G 1,i 进 口 气 体 中 粒 径 为 d i 颗 粒 质 量,g 测 得 一 系 列 d i 下 的 η p, i 值, 用 d i 为 横 坐 标, η p, i 为 纵 坐 标, 绘 图 即 可 得 到 粒 级 效 率 曲 线 3. 压 降 在 气 体 进 出 口 处 分 别 用 压 力 表 测 得 各 处 的 压 力, 二 者 之 差 即 为 压 降 三 实 验 装 置 及 流 程 实 验 流 程 如 图 所 示, 启 动 鼓 风 机, 打 开 粉 尘 筒 的 隔 板, 粉 尘 随 气 流 进 入 旋 风 分 离 器, 绝 大 部 分 粉 尘 在 旋 风 分 离 器 内 与 气 流 分 离, 被 分 离 的 粉 尘 通 过 旋 风 分 离 器 的 锥 体 段 进 入 集 灰 斗, 没 有 被 分 离 的 少 部 分 粉 尘 随 气 流 进 入 集 尘 袋 被 捕 集 四 实 验 步 骤 1. 用 筛 分 法 测 量 不 同 粒 级 范 围 内 的 颗 粒 群 分 布 比 例 ; 2. 称 取 一 定 量 的 粉 煤 灰 放 入 粉 尘 筒 内 ; 3. 启 动 鼓 风 机 至 一 定 流 量, 待 气 流 稳 定 后 测 量 出 气 体 的 流 量 并 记 录 ; 4. 打 开 粉 尘 筒 底 部 的 隔 板, 使 粉 尘 随 气 流 进 入 旋 风 分 离 器 中 进 行 分 离, 同 时 按 下 秒 表, 记 录 旋 风 分 离 时 间 ; 5. 当 粉 尘 筒 内 无 粉 尘 时, 立 即 按 下 秒 表, 旋 风 分 离 时 间 记 录 结 束 ; 6. 从 旋 风 分 离 器 出 口 的 捕 尘 袋 中 取 出 少 量 粉 尘, 测 量 颗 粒 的 最 大 粒 径, 大 于 该 粒 径 的 上 一 个 粒 级 尺 寸 即 为 颗 粒 临 界 粒 径 d c ; 7. 从 旋 风 分 离 器 的 集 灰 斗 中 取 出 被 分 离 的 粉 尘, 用 筛 分 法 测 量 不 同 粒 级 范 围 颗 粒 群 的 重 量 ;

40 8. 若 用 不 同 的 流 量 进 行 实 验, 重 复 2~7 步 五 数 据 记 录 及 数 据 处 理 表 1 旋 风 分 离 实 验 原 始 数 据 记 录 及 数 据 处 理 表 气 体 流 量 (m 3 /s) 分 离 时 间 (s) 进 口 压 力 p 1 (kpa) 出 口 压 力 p 2 (kpa) 颗 粒 尺 寸 范 围 (μm) 平 均 粒 径 d/ (μm) 进 口 气 流 各 粒 级 质 量 G 1,i (g) 出 口 气 流 各 粒 级 质 量 G 2,i (g) 被 分 离 各 粒 级 质 量 ΔG i (g) 粒 级 效 率 (%) 临 界 粒 径 (μm) 压 降 Δp(Pa) 六 实 验 结 果 及 讨 论 1. 绘 出 粒 级 效 率 曲 线 2. 计 算 临 界 粒 径, 试 解 释 理 论 临 界 粒 径 与 实 际 临 界 粒 径 存 在 差 异 的 原 因 3. 气 流 流 量 对 分 离 效 果 有 何 影 响? 为 什 么?

41 实 验 五 传 热 实 验 一 实 验 目 的 1. 了 解 换 热 器 的 结 构 及 用 途 2. 学 习 换 热 器 的 操 作 方 法 3. 了 解 传 热 系 数 的 测 定 方 法 4. 测 定 所 给 换 热 器 的 传 热 系 数 K 5. 学 习 应 用 传 热 学 的 概 念 和 原 理 去 分 析 和 强 化 传 热 过 程, 并 实 验 之 二 实 验 原 理 根 据 传 热 方 程 Q=KAΔt m, 只 要 测 得 传 热 速 率 Q 有 关 各 温 度 和 传 热 面 积, 即 可 算 出 传 热 系 数 K 在 该 实 验 中, 利 用 加 热 空 气 和 自 来 水 通 过 列 管 式 换 热 器 来 测 定 K, 只 要 测 出 空 气 的 进 出 口 温 度 自 来 水 进 出 口 温 度 以 及 水 和 空 气 的 流 量 即 可 在 工 作 过 程 中, 如 不 考 虑 热 量 损 失, 则 加 热 空 气 放 出 的 热 量 Q 1 与 自 来 水 得 到 的 热 量 Q 2 应 相 等, 但 实 际 上 因 热 损 失 的 存 在, 此 两 热 量 不 等, 实 验 中 以 Q 2 为 准 三 实 验 流 程 及 设 备 本 实 验 装 置 由 列 管 换 热 器 风 机 空 气 电 加 热 器 管 路 转 子 流 量 计 温 度 计 等 组 成 空 气 走 管 程, 水 走 壳 程 列 管 式 换 热 器 的 传 热 面 积 由 管 径 管 数 和 管 长 进 行 计 算 四 实 验 步 骤 及 操 作 要 领 1. 熟 悉 设 备 流 程, 掌 握 各 阀 门 转 子 流 量 计 和 温 度 计 的 作 用

42 在 实 验 开 始 时, 先 开 水 路, 再 开 气 路, 最 后 再 开 加 热 器 2. 控 制 所 需 的 气 体 和 水 的 流 量 3. 待 系 统 稳 定 后,... 记 录 水 的 流 量 进 出 口 温 度, 记 录 空 气 的 流 量 和 进 出 口 温 度, 记 录 设 备 的 有 关 参 数 重 复 1 次 4. 保 持 空 气 的 流 量 不 变, 改 变 自 来 水 的 流 量, 重 复 第 4 步 5. 保 持 第 4 步 水 的 流 量, 改 变 空 气 的 流 量, 重 复 第 4 步 6. 实 验 结 束 后, 关 闭 加 热 器 风 机 和 自 来 水 阀 门 五 实 验 数 据 记 录 和 整 理 1. 设 备 参 数 和 有 关 常 数 列 管 换 热 器 的 管 数 n 根 ; 管 长 l m; 管 径 d m; 空 气 温 度 ; 大 气 压 MPa; 转 子 材 料 ; 换 热 流 型 ; 换 热 面 积 0.4m 2 2. 实 验 数 据 记 录 表 风 机 出 空 气 流 空 气 进 空 气 出 水 流 量 序 号 口 压 强 量 读 数 口 温 度 口 温 度 L/h mh2o m 3 /h 水 进 口 温 度 水 出 口 温 度

43 3. 数 据 处 理 表 序 号 空 气 流 量 m 3 /s 水 流 量 kg/s 水 的 算 术 平 均 温 度 水 的 比 热 J/kg 传 热 速 率 J/s 对 数 平 均 温 差 Δtm 换 热 面 积 m 2 传 热 系 数 K W/m 2 K K 的 平 均 值 W/m 2 K 六 实 验 结 果 及 讨 论 1. 求 出 换 热 器 在 不 同 操 作 条 件 下 的 传 热 系 数 2. 对 比 不 同 操 作 条 件 下 的 传 热 系 数, 分 析 数 值, 你 可 得 出 什 么 结 论? 3. 转 子 流 量 计 在 使 用 时 应 注 意 什 么 问 题? 如 何 校 正 读 数? 4. 针 对 该 系 统, 如 何 强 化 传 热 过 程 才 更 有 效, 为 什 么? 5. 逆 流 换 热 和 并 流 换 热 有 什 么 区 别? 你 能 用 该 实 验 装 置 加 以 验 证 吗? 6. 传 热 过 程 中, 哪 些 工 程 因 素 可 以 调 动? 7. 该 实 验 的 稳 定 性 受 哪 些 因 素 的 影 响? 8. 你 能 否 对 此 实 验 装 置 作 些 改 进, 使 之 能 够 用 于 空 气 一 侧 对 流 传 热 系 数 的 测 定?

44 实 验 六 吸 收 实 验 一 实 验 目 的 1. 了 解 填 料 吸 收 塔 的 基 本 构 造 吸 收 过 程 的 基 本 流 程 及 其 操 作 2. 掌 握 吸 收 总 传 质 系 数 Kya 的 测 定 方 法 二 实 验 原 理 对 低 浓 度 气 体 吸 收 且 平 衡 线 为 直 线 的 情 况, 吸 收 传 质 速 率 由 吸 收 方 程 决 定 N A = K yav Δ y 填 m 则 只 要 测 出 N A, 测 出 气 相 的 出 入 塔 浓 度, 就 可 计 算 Kya, 而 N A = V ( y 1 y 2 ) 式 中 V 为 混 合 气 体 的 流 量,mol/s, 由 转 子 流 量 计 测 定,y 1 y 2 分 别 为 进 塔 和 出 塔 气 相 的 组 成 ( 摩 尔 分 率 ), 用 气 相 色 谱 分 析 得 到 液 相 出 塔 浓 度 由 全 塔 物 料 衡 算 得 到 计 算 Δym 时 需 用 平 衡 数 据, 本 实 验 的 平 衡 数 据 如 下 所 示 丙 酮 空 气 混 合 气 体 中 丙 酮 的 极 限 浓 度 y s * 与 空 气 温 度 t 的 关 系 ( 压 强 为 Pa) 空 气 温 度 y s* %(mol) 丙 酮 的 平 衡 溶 解 度 液 相 浓 度 平 衡 分 压,kPa x

45 三 实 验 流 程 及 设 备 实 验 装 置 包 括 空 气 输 送, 空 气 和 丙 酮 鼓 泡 接 触 以 及 吸 收 剂 供 给 和 气 液 两 相 在 填 料 塔 中 逆 流 接 触 等 部 分, 其 流 程 示 意 如 图 所 示 空 气 的 压 力 定 为 Pa 四 实 验 步 骤 及 操 作 要 领 1. 熟 悉 实 验 流 程, 学 习 填 料 塔 的 操 作 在 空 气 流 量 恒 定 条 件 下, 改 变 清 水 流 量, 测 定 气 体 进 出 口 浓 度 y 1 和 y 2, 计 算 组 分 回 收 率 η 传 质 推 动 力 Δym 和 传 质 系 数 Kya 2. 在 清 水 流 量 恒 定 条 件 下, 改 变 空 气 流 量, 测 定 气 体 进 出 口 浓 度 y 1 和 y 2, 计 算 组 分 回 收 率 η 传 质 推 动 力 Δym 和 传 质 系 数 Kya 3. 改 变 吸 收 液 体 的 温 度, 重 复 实 验 4. 在 控 制 定 值 器 的 压 强 时 应 该 注 意 干 将 空 压 机 的 出 口 阀 门 微 开 5. 加 热 水 时, 要 缓 慢 调 节 变 压 器 的 旋 钮 6. 调 节 参 数 后 要 有 一 段 稳 定 时 间, 直 至 出 口 水 温 基 本 恒 定, 取 样 时 先 取 y 2 再 取 y 1 7. 转 子 流 量 计 的 读 数 要 注 意 换 算 8. 气 体 流 量 不 能 超 过 600L/h 液 体 流 量 不 能 超 过 7L/h, 防 液 泛 五 实 验 数 据 记 录 及 处 理 1. 设 备 参 数 和 有 关 常 数 实 验 装 置 的 基 本 尺 寸 : 塔 内 径 m; 填 料 层 高 度 m; 填 料 尺 寸 ; 自 查 丙 酮 空 气 物 系 的 平 衡 数 据 ; 大 气 压 ; 室 温

46 2. 实 验 数 据 计 前 空 空 气 空 气 流 水 的 流 水 温 序 号 气 压 力 温 度 量 读 数 量 读 数 MPa L/h L/h 计 算 结 果 表 入 塔 气 体 浓 度 出 塔 气 体 浓 度 序 号 混 合 气 体 流 量 mol/s 混 合 液 体 流 量 mol/s * y1 y2 x1 y1 Δym NA Kya 六 实 验 结 论 及 讨 论 1. 从 传 质 推 动 力 和 传 质 阻 力 两 方 面 分 析 吸 收 剂 流 量 对 吸 收 过 程 的 影 响? 2. 从 实 验 数 据 分 析 水 吸 收 丙 酮 是 气 膜 控 制 还 是 液 膜 控 制, 还 是 两 者 兼 有 之? 3. 填 料 吸 收 塔 底 为 什 么 必 须 有 液 封 装 置, 液 封 装 置 是 如 何 设 计 的? 4. 在 该 实 验 装 置 上 如 何 验 证 吸 收 剂 温 度 对 吸 收 过 程 影 响? 5. 查 出 丙 酮 的 平 衡 数 据, 拟 合 出 计 算 式 6. 如 何 正 确 使 用 转 子 流 量 计? 7. 若 没 有 达 到 稳 定 状 态 就 测 数 据, 对 结 果 有 何 影 响? 8. 读 数 是 否 要 同 时 进 行?

47 实 验 七 干 燥 实 验 一 实 验 目 的 1. 学 习 流 化 床 的 操 作, 掌 握 流 化 床 的 一 些 基 本 概 念 2. 测 定 流 化 干 燥 速 率 曲 线 3. 研 究 热 空 气 流 速 对 干 燥 速 率 的 影 响 ( 选 做 ) 4. 研 究 热 空 气 温 度 对 干 燥 速 率 的 影 响 ( 选 做 ) 4. 测 定 流 体 通 过 颗 粒 层 的 压 降 ( 选 做 ) 二 实 验 原 理 在 干 燥 设 备 的 设 计 计 算 中, 往 往 要 了 解 物 料 由 初 始 含 水 量 降 到 最 终 含 水 量 时, 物 料 应 在 干 燥 器 内 的 停 留 时 间, 然 后 就 可 计 算 各 种 干 燥 器 的 工 艺 尺 寸 由 于 干 燥 过 程 是 一 热 质 同 时 传 递 过 程, 机 理 复 杂, 一 般 先 通 过 间 歇 干 燥 实 验 获 得 干 燥 速 率 的 资 料 通 过 测 定 干 燥 过 程 中 物 料 的 含 水 量 或 物 料 的 表 面 温 度 与 干 燥 时 间 的 关 系 可 以 得 到 干 燥 曲 线, 即 X~τ 曲 线 或 θ~τ 曲 线 干 燥 速 度 u 等 于 单 位 时 间 从 单 位 被 干 燥 物 料 的 面 积 上 除 去 的 水 分 重 量, 即 dw u = A d τ 只 要 测 出 各 个 时 间 段 内 物 料 的 失 水 量 就 可 以 计 算 物 料 的 干 燥 速 度 干 燥 速 度 受 很 多 因 素 的 影 响, 它 与 物 料 及 干 燥 介 质 都 有 关 系 在 干 燥 条 件 不 变 的 情 况 下, 对 于 同 类 的 物 料, 当 干 燥 面 积 一 定 时, 干 燥 速 度 是 物 料 湿 含 量 的 函 数, 表 示 此 函 数 关 系 的 曲 线 称 为 干 燥 速 度 曲 线 干 燥 速 度 曲 线 也 可 由 干 燥 曲 线 求 出 流 化 操 作 状 态 因 为 具 有 较 好 的 传 热 传 质 效 果, 在 工 业 中 得 到 广 泛 应 用 流 化 床 干 燥 器 是 工 业 中 常 见 的 干 燥 器 流 体 自 下 而 上 通 过 固 体 颗 粒 床 层 时, 当 流 体 的 流 速 增 大 至 一 定 程 度 时, 全 部 颗 粒 刚 好 悬 浮 于 向 上 流 动 的 流 体 中 而 能 作 随 机 运 动, 床 层 处 于 起 始 流 化 状 态 或 临 界 流 化 状 态 随 后, 流 体 流 速 增 大, 颗 粒 床 层 空 隙 率 增 大, 但 流 体 的 实 际 流 速 等 于 颗 粒 的 沉 降 速 度, 流 化 床 原 则 上 有 一 个 明 显 的 上 界 面 当 流 体 的 实 际 速 度 超 过 颗 粒 的 沉 降 速 度 时, 达 到 气 流 输 送 状 态 流 化 可 分 为 散 式 流 化 和 聚 式 流 化 聚 式 流 化 的 特 点 为 : 床 层 分 为 乳 化 相 和 气 泡 相 乳 化 相 为 固 体 浓 度 大 的 气 固 均 匀 混 合 物, 是 连 续 相 气 泡 相 为 气 泡 和 可 能 夹 带 的 少 量 固 体 颗 粒, 是 分 散

48 相 由 于 气 泡 在 上 界 面 处 破 裂, 所 以 上 界 面 是 以 某 种 频 率 上 下 波 动 的 不 稳 定 界 面, 床 层 压 降 也 随 之 波 动 聚 式 流 化 见 于 大 多 数 气 固 系 统 散 式 流 化 的 特 点 为 : 流 体 为 连 续 相, 固 体 颗 粒 均 匀 分 散 在 流 体 中, 床 层 没 有 气 泡 产 生, 有 一 稳 定 的 上 界 面 通 常 两 相 密 度 差 小 的 系 统 趋 向 散 式 流 化, 如 大 多 数 液 固 系 统 流 化 床 的 不 正 常 操 作 状 态 有 腾 涌 和 沟 流 腾 涌 是 由 于 小 气 泡 合 并 成 大 气 泡 并 将 床 层 分 成 几 段 气 泡 到 达 上 部 破 裂 后 颗 粒 分 散 落 下 沟 流 是 由 于 床 层 有 短 路, 流 体 不 与 颗 粒 均 匀 接 触 通 过 沟 道 穿 过 能 够 进 行 良 好 流 化 的 颗 粒 的 直 径 为 20~500μm 三 实 验 流 程 及 设 备 1. 流 化 干 燥 试 验 流 程 流 化 干 燥 试 验 的 流 程 如 图 所 示

49 2. 实 验 设 备 实 验 设 备 有 :(1) 除 尘 器 ( 袋 滤 器 ),φ mm;(2) 干 燥 塔 塔 体,φ 优 质 高 温 玻 璃 ;(3) 加 水 器,0~400mL;(4) 气 体 转 子 流 量 计,LZB-25, 0~25m 3 /h;(5) 流 量 调 节 阀 ;(6) 温 度 计,0~150,Cu 50 铜 电 阻 ;(7) 温 度 计,0~150,Cu 50 铜 电 阻 ;(8) 固 体 物 料 取 样 器 ;2.3 克 / 次 ;(9) 实 验 用 干 燥 物 料,30 40 目 变 色 硅 胶 ;(10) 压 差 计,±50cm 水 ;(11) 电 加 热 器,3kW 另 有 实 验 用 电 子 天 平 微 波 炉 或 烘 箱 四 实 验 步 骤 及 操 作 要 点 1. 打... 开 空 气 旁 路 阀, 接 通 气 源 并 缓 慢 调 节 风 量 ( 调 节 旁 路 阀 ), 使 干 燥 塔 中 颗 粒 物 料 处 于 良 好 的 流 化 状 态 ( 注 意 压 差 计 读 数, 勿 使 测 压 指 示 液 冲 出 ), 观 察 整 个 过 程 物 料 的 状 态 和 测 压 计 读 数 的 变 化 2. 向 加 水 器 中 加 入 适 量 的 水, 调 节 加 水 器 下 部 铜 旋 塞, 勿 使 注 入 干 燥 塔 的 水 流 速 度 过 大 加 水 时 应 使 取 样 器 保 持 拉 出 位 置, 同 时 塔 内 处 于 流 化 状 态 3. 开 通 风 源, 打 开 阀 5, 调 节 空 气 流 量 为 10~12m 3 /h, 接 通 电 源, 在 智 能 温 度 调 节 仪 AI-708 上 设 定 控 制 温 度 95~100 ( 由 老 师 操 作, 防 止 破 坏 已 经 设 定 好 的 控 制 程 序 ), 加 热 时 注 意 安 全 4.. 在... 气 体 的 流 量 和 温 度 维 持 稳 定 的 条 件 下, 每 隔 一 定 时 间 (10min) 记 录 床 层 温 度, 并 取 样 分 析 固 体 物 料 的 含 水 量, 烘 箱 温 度 105 烘 1h, 或 微 波 炉 干 燥 1~2min, 天 平 1/1000 精 度 5. 取 样 器 的 样 品 槽, 在 实 验 中 应 开 口 向 下 取 样 时 转 向 上, 水 平 拉 出, 然 后, 转 动 拉 杆, 倒 出 样 品, 拉 杆 复 位 颗 粒 需 回 收 使 用 6. 实 验 进 行 直 至 物 料 温 度 明 显 升 高, 温 度 大 于 61, 硅 胶 变 蓝 即 可 停 止 7. 实... 验 停 止 步 骤 : 切 断 电 源, 待 空 气 进 口 温 度 低 于 后, 然 后 停 止 送 风 8. 当 塔 中 需 要 补 充 硅 胶 物 料 时, 卸 下 袋 滤 器 后 可 加 入 9. 当 更 换 硅 胶 物 料 时, 可 用 吸 尘 器 的 皮 管 伸 入 塔 体 内 即 可 全 部 吸 出 五 实 验 数 据 记 录 及 处 理 实 验 条 件 : (1) 室 温 : (2) 室 内 相 对 湿 度 : (3) 气 体 流 量 : (4) 热 空 气 温 度 :

50 序 号 容 器 编 号 容 器 质 量 g 湿 料 与 容 器 质 量 g 湿 料 质 量 g 干 料 与 容 器 质 量 g 除 去 水 分 质 量 g 床 层 温 度 压 差 计 读 数 cm 水 时 间 s 物 料 干 基 含 水 率 X 根 据 实 验 数 据 绘 出 流 化 干 燥 曲 线 六 实 验 结 论 及 讨 论 1. 绘 出 实 验 物 料 在 实 验 条 件 下 的 干 燥 曲 线 2. 若 要 绘 出 实 验 物 料 在 实 验 条 件 下 的 干 燥 速 度 曲 线, 如 何 做? 3. 测 定 干 燥 速 度 曲 线 的 意 义 何 在? 4. 流 化 床 干 燥 器 有 什 么 优 点 和 缺 点?

51 实 验 八 超 临 界 CO 2 萃 取 操 作 一 实 验 目 的 1. 了 解 超 临 界 CO 2 萃 取 设 备 的 结 构 和 特 点 ; 2. 理 解 超 临 界 CO 2 萃 取 的 基 本 原 理 ; 3. 学 习 超 临 界 CO 2 萃 取 的 操 作 二 基 本 原 理 CO 2 的 临 界 压 力 Pc=7.37MPa, 临 界 温 度 Tc=304.2K, 化 学 惰 性, 在 超 临 界 流 体 中 得 到 应 用 超 临 界 CO 2 具 有 部 分 气 体 部 分 液 体 的 双 重 特 性, 其 密 度 接 近 液 体 而 粘 度 和 扩 散 系 数 却 接 近 气 体, 适 用 于 生 物 资 源 有 效 成 分 的 分 离 当 温 度 高 于 临 界 温 度 Tc 时,CO 2 的 密 度 ( 相 应 溶 解 度 与 密 度 正 相 关 ) 是 温 度 和 压 力 的 函 数, 随 压 力 增 加 而 增 加, 但 随 温 度 升 高 而 降 低 故 可 通 过 改 变 压 力 或 温 度 来 改 变 CO 2 的 密 度 温 度 对 SC-CO 2 溶 解 度 的 影 响 是 双 重 的 一 方 面 温 度 升 高, 会 使 溶 质 蒸 汽 压 升 高, 溶 解 度 增 加 ; 另 一 方 面, 温 度 升 高 会 使 CO 2 密 度 下 降, 溶 解 度 下 降 在 某 一 特 定 温 度 以 下, 以 后 者 为 主 这 种 溶 解 度 随 温 度 升 高 而 下 降 的 区 域 称 为 退 化 区, 萃 取 就 是 在 最 大 溶 解 度 的 温 度 压 力 下 进 行, 然 后 在 最 小 溶 解 度 的 条 件 下 进 行 分 离, 从 而 获 得 目 标 组 分 超 临 界 CO 2 能 对 混 合 物 中 各 组 分 作 选 择 性 萃 取 分 离 CO 2 为 非 极 性 溶 剂, 许 多 性 质 类 似 于 正 已 烷, 但 SC-CO 2 的 介 电 常 数 却 可 随 压 力 增 加 而 增 加 介 电 常 数 反 映 了 溶 剂 极 性 的 大 小 故 可 通 过 控 制 温 度 压 力, 人 为 微 调 SC-CO 2 的 极 性, 从 而 根 据 相 似 相 溶 规 则 实 现 目 标 物 质 的 萃 取 三 实 验 流 程 及 设 备 超 临 界 CO 2 萃 取 的 典 型 流 程 和 设 备 如 图 所 示 分 离 固 体 混 合 物 时, 物 料 放 在 萃 取 釜 中 间 歇 分 离 液 体 混 合 物 时, 物 料 也 放 在 萃 取 釜 中 连 续 分 离 液 体 混 合 物 时, 液 体 物 料 通 过 计 量 泵 打 入 萃 取 柱 中, 此 时 的 萃 取 釜 可 以 作 为 CO 2 缓 冲 器 使 用 萃 取 固 体 物 料 或 间 歇 萃 取 液 体 物 料 时,CO 2 从 钢 瓶 中 放 出, 经 滤 清 器 过 滤, 压 缩 机 压 缩, 换 热 器 换 热, 进 入 萃 取 釜 萃 取 CO 2 夹 带 萃 取 物 流 入 分 离 釜, 控 制 分 离 釜 的 压 力 小 于 超 临 界 压 力, 控 制 分 离 釜 的 温 度, 超 临 界 CO 2 不 再 处 于 超

52 临 界 状 态, 溶 解 度 大 大 降 低, 析 出 物 料,CO 2 放 空 或 循 环 连 续 萃 取 液 体 物 料 时, CO2 可 经 分 离 釜 送 入 萃 取 柱 的 底 部, 液 体 物 料 经 计 量 泵 从 选 定 口 打 入 萃 取 柱 萃 取 后 的 物 料 分 别 从 柱 的 顶 部 和 底 部 流 出 并 加 以 分 离 四 实 验 内 容 1. 根 据 流 程 图, 对 照 实 验 装 置, 理 解 超 临 界 CO 2 萃 取 流 程 ; 2. 在 教 师 的 指 导 下, 学 习 超 临 界 CO 2 萃 取 的 操 作 五 实 验 注 意 点 和 报 告 实 验 前 应 全 面 检 查 实 验 装 置, 防 止 接 头 部 分 脱 落 系 统 压 力 较 高, 为 8~ 32MPa, 安 全 要 牢 记 必 须 在 指 导 老 师 的 指 导 下 进 行 操 作 实 验 报 告 应 画 出 实 际 的 实 验 流 程, 标 明 温 度 和 压 力 的 控 制 点 用 文 字 叙 述 实 验 方 法

53 实 验 九 分 子 蒸 馏 操 作 一 实 验 目 的 1. 了 解 分 子 蒸 馏 的 原 理 流 程 和 设 备 构 造 ; 2. 学 习 分 子 蒸 馏 的 操 作 方 法 二 实 验 原 理 分 子 蒸 馏 (Molecular Disti11ation) 又 叫 短 程 蒸 馏 (Short-Path Disti 11ation) 是 一 种 特 殊 的 高 真 空 蒸 馏 由 于 物 料 在 分 离 过 程 中 处 于 高 真 空 ( 绝 压 可 达 10-3 Torr) 和 相 对 低 温 ( 分 离 温 度 低 于 物 料 在 高 真 空 下 的 沸 点 ) 的 环 境 中, 且 停 留 时 间 极 短 ( 一 般 为 数 秒 到 十 几 秒 ), 分 离 过 程 对 物 料 诸 如 氧 化 聚 合 和 分 解 等 热 损 害 极 少, 故 分 子 蒸 馏 特 别 适 合 对 高 沸 点 热 敏 性 物 质 进 行 有 效 无 损 分 离 如 多 组 分 有 机 物 的 分 离 ; 油 脂 增 塑 剂 的 精 制 ; 天 然 或 合 成 维 生 素 的 浓 缩 ; 成 品 的 脱 色 脱 臭 等 根 据 分 子 运 动 理 论, 液 体 分 子 受 热 会 从 液 向 上 逸 出, 而 不 同 种 类 分 子 逸 出 后 其 平 均 自 由 程 不 同 液 体 混 介 物 为 达 到 分 离 的 门 目 的, 首 先 进 行 加 热, 能 量 足 够 的 分 子 逸 出 液 面, 轻 分 子 的 平 均 自 由 程 大, 重 分 子 的 平 均 自 由 程 小, 若 在 离 液 面 小 于 轻 分 子 平 均 自 由 程 而 大 于 重 分 子 平 均 自 由 程 处 设 置 冷 凝 面, 使 得 轻 分 子 落 在 冷 凝 面 上 被 泠 凝, 从 而 破 坏 了 轻 分 子 的 动 态 平 衡, 使 得 轻 分 子 继 续 不 断 逸 出, 而 重 分 子 因 达 不 到 冷 凝 面, 很 快 趋 于 动 态 平 衡, 这 样 就 将 混 合 物 分 离 了 三 实 验 流 程 及 设 备 本 实 验 流 程 如 下 图 所 示 实 验 装 置 主 要 由 降 膜 式 分 子 蒸 馏 柱 三 套 真 空 泵 三 套 供 热 ( 或 冷 ) 及 控 制 阀 门 和 仪 器 组 成 根 据 不 同 的 要 求, 可 以 达 到 不 同 的 真 空 度 温 度, 以 进 行 真 空 蒸 馏 四 实 验 操 作 ( 一 ) 开 机 步 骤 1. 开 启 电 源 前, 必 须 全 面 检 查, 以 保 证 所 有 的 真 空 阀 门 (V 1 -V 9 ) 处 于 关 闭 状 态, 进 水 阀 打 开 并 确 定 增 压 泵 冷 却 系 统 出 水 口 有 水 排 出

54 2. 据 工 艺 情 况, 蒸 馏 柱 冷 凝 器 可 选 择 自 来 水 冷 水 或 温 水 冷 却 根 据 物 料 特 性, 工 艺 管 路 可 选 择 保 温 根 据 需 要, 调 整 好 有 关 加 热 冷 却 管 路 3. 开 机 前, 先 将 冷 阱 C 中 的 余 水 排 尽, 根 据 处 理 物 料 的 情 况, 加 入 适 当 的 冰 水 混 合 物 或 液 氮 4. 开 启 总 电 源, 按 下 真 空 泵 按 钮, 启 动 真 空 泵 然 后 缓 慢 打 开 V 5 和 阀 门 和 V 9 阀 门 这 时 机 械 真 空 表 应 很 快 走 到 尽 头 如 果 出 现 气 流 声 很 大 或 真 空 表 走 得 很 慢, 请 检 查 有 关 阀 门 (V 1 V 2 V 3 V 4 V 8 ) 是 否 关 好 5. 确 认 没 有 漏 气 后, 关 闭 V 5 和 V 9 阀 门, 停 真 空 泵 ; 把 经 脱 气 处 理 的 待 分 离 的 物 料 倒 入 高 位 槽 ( 注 : 物 料 不 能 装 得 太 满, 应 不 超 过 瓶 容 量 的 2/3) 然 后 将 入 口 处 用 磨 口 塞 塞 好 6. 开 启 真 空 调 节 测 量 仪 ( 第 一 次 使 用 时, 请 按 说 明 书 指 示 方 法 调 零 )

55 7. 开 启 恒 温 控 制 机 ; 根 据 工 艺 情 况, 开 启 恒 温 水 浴 工 ( 工 艺 管 路 需 要 保 温 ) 恒 温 水 浴 Ⅱ( 用 温 水 做 冷 凝 水 ) 冷 水 机 ( 用 冷 冻 水 做 冷 凝 水 ) 等 相 关 设 备, 按 工 艺 要 求 设 定 有 关 温 度 8. 启 动 真 空 系 统 根 据 物 料 情 况 和 要 求 的 工 作 真 空 度, 本 装 置 提 供 三 种 真 空 系 统 选 择 : 1 较 高 真 空 度 ( 绝 压 <10Pa) 要 求, 采 用 真 空 泵 与 增 压 泵 的 组 合 系 统 : 打 开 阀 门 V 9 V 7 V 3 V 6, 观 察 系 统 的 真 空 度 变 化 情 况, 当 真 空 度 达 到 30Pa 后, 才 可 以 开 增 压 泵, 开 增 压 泵 约 30 分 钟 左 右, 真 空 度 可 达 1Pa;( 该 极 限 真 空 度 的 高 低 要 视 被 蒸 物 料 的 蒸 气 特 性 定 ) 2 一 般 的 工 作 真 空 度 (10Pa~500Pa) 要 求, 采 用 真 空 泵 系 统 : 打 开 阀 V 9 V 5 V 3 3 较 低 的 工 作 真 空 度 (500Pa~104Pa) 要 求, 采 用 水 环 真 空 泵 系 统 : 打 开 阀 门 V 8 V 5 V 3 9. 可 利 用 真 空 度 自 动 调 节 仪 对 真 空 度 进 行 灵 活 调 节 ( 极 限 真 空 度 以 下 ) 10. 系 统 达 到 预 定 温 度 和 真 空 度 后, 启 动 刮 膜 机 构, 调 定 好 转 速 ( 通 常 约 150~300 转 / 分 ) 然 后 慢 慢 地 开 启 阀 V 1, 根 据 物 料 的 物 性 调 好 流 量, 这 时 蒸 馏 正 式 开 始 ( 二 ) 关 机 步 骤 1. 蒸 馏 完 毕 后, 先 关 增 压 泵, 接 着 顺 序 关 闭 阀 门 V 5 ( 或 V 6 V 7 )V 8 ( 或 V 9 ), 和 刮 膜 器, 停 真 空 泵 和 真 空 仪 打 开 V 2, 阀 门 放 气, 取 出 分 离 物 关 闭 各 电 源 开 关 水 源 阀 门 2. 在 每 次 蒸 馏 完 毕 时 ( 连 续 蒸 馏 同 一 物 料 时 除 外 ), 等 温 度 降 到 常 温, 系 统 可 以 用 洗 洁 精 或 无 水 乙 醇 丙 酮 等 有 机 溶 剂 进 行 清 洗 溶 剂 放 入 高 位 槽 HT, 流 入 蒸 馏 柱 H, 并 同 时 开 动 刮 膜 器, 清 洗 物 料 接 触 的 地 方 数 次, 直 到 干 净 为 止 关 闭 阀 门 V 2, 装 上 出 料 容 器, 将 系 统 中 的 水 和 溶 剂 抽 干 净 3. 如 果 发 现 冷 阱 C 中 有 低 沸 点 蒸 出 物 时, 应 将 其 排 干 净 如 果 蒸 相 同 的 物 料 时, 可 视 每 批 物 料 量 而 决 定 每 次 是 否 排 放, 物 料 量 少 时, 可 几 批 才 排 放 一 次 五 实 验 报 告 及 思 考 题 1. 用 文 字 详 细 描 述 某 一 物 料 进 行 分 子 蒸 馏 操 作 的 全 过 程 2. 分 子 蒸 馏 与 超 临 界 流 体 萃 取 相 比, 各 有 什 么 特 点?

56 实 验 十 冷 冻 实 验 一 实 验 目 的 1. 掌 握 蒸 气 压 缩 冷 冻 原 理 了 解 冷 冻 机 的 结 构 ; 2. 学 习 冷 冻 机 的 操 作 方 法 二 实 验 原 理 流 程 冷 冻 机 种 类 很 多, 但 工 业 上 应 用 最 广 泛 的 是 蒸 气 压 缩 冷 冻 机 此 类 冷 冻 机 是 指 在 冷 冻 机 中 实 现 制 冷 的 工 质 是 蒸 气, 即 利 用 低 沸 点 液 态 冷 冻 剂 的 蒸 发 而 达 到 冷 冻 的 目 的 理 想 蒸 气 压 缩 冷 冻 机 系 由 压 缩 机 冷 凝 器 膨 胀 机 蒸 发 器 ( 气 化 器 ) 所 组 成, 其 装 置 如 下 图 左 图 所 示 上 图 右 图 为 此 循 环 过 程 的 温 熵 图, 这 种 循 环 是 在 下 述 假 想 的 条 件 下 进 行 的 1. 冷 冻 剂 在 蒸 发 器 和 冷 凝 器 中 的 压 力 没 有 变 化, 而 且 冷 冻 剂 在 蒸 发 器 中 的 蒸 发 温 度 等 于 被 冷 物 体 的 温 度, 在 冷 凝 器 中 的 冷 凝 温 度 等 于 周 围 介 质 的 温 度 2. 制 冷 压 缩 机 不 存 在 余 隙, 且 无 摩 擦 和 节 流 损 失, 气 缸 中 的 工 质 与 外 界 无 热 交 换, 压 缩 过 程 是 等 熵 过 程, 故 压 缩 机 的 功 等 于 压 缩 功 3. 管 路 中 无 任 何 损 耗, 压 力 降 仅 在 经 过 膨 胀 机 膨 胀 时 产 生 理 想 蒸 气 压 缩 冷 冻 机 的 循 环 过 程 开 始 是 将 冷 冻 剂 的 蒸 气 通 过 压 缩 机 进 行 压 缩 图 中 点 1 表 示 冷 冻 剂 蒸 气 在 进 入 压 缩 机 之 前 是 状 态 为 p 1 T 1 的 湿 蒸 气 过 程

57 1 2 表 示 蒸 气 在 压 缩 机 中 受 到 绝 热 压 缩, 而 且 压 缩 过 程 为 一 等 熵 过 程 冷 冻 剂 的 压 力 从 p 1 升 高 到 p 2, 温 度 由 T 1 升 高 到 T 2, 焓 值 由 I l 升 高 到 I 2 循 环 的 第 二 过 程 是 冷 冻 剂 在 冷 凝 器 中 冷 凝 图 中 点 2 表 示 压 缩 后 的 冷 冻 剂 状 态, 为 p 2 T 2 的 干 饱 和 蒸 气 过 程 2 3 表 示 蒸 气 在 恒 温 T 2 下 放 热 后 全 部 冷 凝 为 液 体, 在 冷 凝 过 程 中, 冷 冻 剂 的 压 力 p 2 与 温 度 T 2 均 保 持 不 变, 而 焓 值 由 I 2 降 为 I 3, 熵 值 从 S 2 降 为 S 3 循 环 的 下 一 个 过 程 是 高 压 液 态 冷 冻 剂 进 入 膨 胀 机 中 进 行 绝 热 膨 胀 图 中 点 3 表 示 冷 凝 后 的 冷 冻 剂 状 态, 为 p 2 T 2 的 饱 和 液 体 过 程 3 4 表 示 在 膨 胀 机 中 进 行 绝 热 膨 胀, 过 程 中 熵 值 S 2 保 持 不 变, 冷 冻 剂 的 压 力 由 p 2 降 到 p 1, 其 温 度 由 T 2 降 到 T 1, 其 焓 值 由 I 3 降 至 I 4 循 环 的 最 后 过 程 是 冷 冻 剂 在 蒸 发 器 中 吸 热 进 行 气 化, 而 回 复 到 原 始 状 态 点 1 图 中 点 4 表 示 绝 热 膨 胀 后 的 冷 冻 剂 状 态, 为 p 1 的 湿 蒸 气 过 程 4 1 表 示 湿 蒸 气 在 蒸 发 器 中 的 蒸 发 过 程, 在 蒸 发 过 程 中, 冷 冻 剂 的 压 力 p, 与 温 度 T 均 保 持 不 变, 而 焓 值 由 I 4 升 高 到 I 1, 熵 值 由 S 4 升 至 S 1 可 是 在 实 际 上 要 实 现 3 4 的 绝 热 膨 胀 在 技 术 上 是 很 困 难 的, 因 为 要 安 置 一 台 在 湿 蒸 气 区 内 工 作 的 膨 胀 机, 虽 然 在 理 论 上 可 回 收 少 量 膨 胀 功, 但 实 际 上 是 得 不 偿 失, 所 以 实 际 的 蒸 气 压 缩 冷 冻 机 是 以 节 流 装 置 来 代 替 膨 胀 机 三 实 验 要 求 1. 根 据 实 验 原 理, 摸 清 楚 实 验 流 程, 绘 制 实 验 流 程 图 ; 2. 启 动 冷 冻 机, 进 行 实 验 操 作 ; 3. 记 录 进 出 口 压 力 和 温 度 参 数, 分 别 在 T S 图 和 lgp I 图 上 绘 出 实 验 的 循 环 过 程

58 仪 器 分 析 实 验 指 导 书 ( 适 用 于 食 品 科 学 与 工 程 专 业 食 品 质 量 与 安 全 专 业 ) 陈 冠 华 编 江 苏 大 学 教 材 科

59 实 验 一 盐 酸 萘 乙 二 胺 分 光 光 度 法 测 定 肉 制 品 中 的 亚 硝 酸 盐 一 目 的 要 求 1 通 过 实 验 强 化 对 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 定 量 分 析 原 理 的 理 解 ; 2 了 解 以 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 为 基 础 的 检 测 方 法 的 建 立 思 路 ; 3 直 观 了 解 紫 外 可 见 分 光 光 度 计 的 结 构 ; 4 掌 握 紫 外 - 可 见 吸 收 光 谱 的 测 定 方 法 ; 5 掌 握 利 用 标 准 曲 线 法 进 行 定 量 分 析 的 方 法 二 实 验 原 理 亚 硝 酸 盐 在 食 品 生 产 中 用 作 发 色 剂 和 防 腐 剂, 允 许 用 于 肉 及 肉 制 品 的 生 产 加 工 中, 使 得 肉 与 肉 制 品 呈 现 良 好 的 色 泽 其 呈 色 机 理 是, 亚 硝 酸 盐 与 肌 肉 中 的 乳 酸 作 用 产 生 亚 硝 酸, 而 亚 硝 酸 不 稳 定 易 分 解 产 生 一 氧 化 氮, 然 后 一 氧 化 氮 与 肌 红 蛋 白 结 合 产 生 红 色 的 亚 硝 基 肌 红 蛋 白, 使 肉 制 品 产 生 稳 定 的 红 色 但 是 过 量 的 亚 硝 酸 盐 能 够 引 起 高 铁 血 红 蛋 白 症, 导 致 组 织 缺 氧, 还 可 使 血 管 扩 张 血 压 降 低 我 国 食 品 添 加 剂 使 用 卫 生 标 准 中 规 定, 在 肉 制 品 中 亚 硝 酸 盐 的 使 用 量 不 得 超 过 0.15 g/kg 在 肉 制 品 中 的 最 终 残 留 量 不 得 超 过 50 mg/kg 在 酸 性 条 件 下, 亚 硝 酸 盐 可 与 对 氨 基 苯 磺 酸 通 过 重 氮 化 反 应 定 量 生 成 重 氮 盐 : NH 2 N + N +NO H + +2H 2 O SO 3 H SO 3 H 该 重 氮 盐 可 进 一 步 与 盐 酸 萘 乙 二 胺 通 过 偶 联 反 应 生 成 紫 红 色 偶 氮 染 料, 在 538 nm 处 产 生 较 强 吸 收 其 反 应 式 如 下 : N + N NHCH 2 CH 2 NH 2 N N ; + SO 3 H SO 3 H NHCH 2 CH 2 NH 2 通 过 测 定 该 偶 氮 染 料 在 538 nm 处 的 吸 光 度, 利 用 朗 伯 - 比 尔 定 律 可 确 定 样 品 中 亚 硝 酸 盐 的 质 量 浓 度 采 用 标 准 曲 线 法 进 行 定 量 分 析 时, 可 对 亚 硝 酸 盐 标 准 溶 液 系 列 进 行 上 述 反 应, 通 过 测 定 该 系 列 的 吸 光 度, 回 归 标 准 曲 线, 样 品 中 亚 硝 酸 盐 的 质 量 浓 度 通 过 测 定 吸 光 度, 在 该 曲 线 中 可 计 算 出 来

60 三 仪 器 与 试 剂 1 仪 器 Cary Eclipse 型 紫 外 - 可 见 分 光 光 度 计 ( 美 国 Varian 公 司 );BS 124S 电 子 分 析 天 平 ( 北 京 赛 多 利 斯 科 学 仪 器 有 限 公 司 ) 2 试 剂 亚 铁 氰 化 钾 [K 4 Fe(CN) 6 3H 2 O] 乙 酸 锌 [Zn(CH 3 COO) 2 2H 2 O] 硼 砂 [Na 2 B 4 O 7 10H 2 O] 对 氨 基 苯 磺 酸 盐 酸 萘 乙 二 胺, 均 为 分 析 纯 试 剂 四 实 验 步 骤 1 试 剂 配 制 亚 铁 氰 化 钾 溶 液 : 称 取 g 亚 铁 氰 化 钾, 溶 解 于 水 后 稀 释 至 1000mL 乙 酸 锌 溶 液 : 称 取 g 乙 酸 锌, 加 30 ml 冰 乙 酸 溶 于 水, 稀 释 至 1000mL 饱 和 硼 砂 溶 液 : 称 取 5.0 g 硼 砂, 溶 解 于 100 ml 热 水 中, 冷 却 后 备 用 对 氨 基 苯 磺 酸 溶 液 : 称 取 0.4 g 对 氨 基 苯 磺 酸, 溶 解 于 100 ml 20% 的 盐 酸 中, 置 棕 色 瓶 中 摇 匀, 避 光 保 存, 其 浓 度 为 4 g/l 盐 酸 萘 乙 二 胺 溶 液 : 称 取 0.2 g 盐 酸 萘 乙 二 胺, 溶 解 于 100 ml 水 中,, 混 匀 后 置 棕 色 瓶 中, 避 光 保 存, 其 浓 度 为 2 g/l 亚 硝 酸 钠 标 准 储 备 溶 液 : 精 密 称 取 g 已 于 硅 胶 干 燥 器 中 干 燥 24 h 的 亚 硝 酸 钠, 用 蒸 馏 水 溶 解 移 入 500 ml 容 量 瓶 中, 稀 释 至 刻 度, 混 匀 此 溶 液 亚 硝 酸 钠 含 量 为 200 μg/ml 亚 硝 酸 钠 标 准 使 用 液 : 临 用 前 吸 取 亚 硝 酸 钠 标 准 储 备 溶 液 5.00 ml 置 于 200 ml 容 量 瓶 中, 加 水 稀 释 至 刻 度, 此 溶 液 亚 硝 酸 钠 含 量 为 5.0 μg/ml 2 标 准 溶 液 系 列 和 样 品 制 备 标 准 溶 液 系 列 制 备 : 吸 取 亚 硝 酸 钠 标 准 使 用 液 ml 于 50 ml 具 塞 比 色 管 中, 分 别 加 入 2 ml 对 氨 基 苯 磺 酸 溶 液, 混 匀 后 静 置 3~5 min, 再 分 别 加 入 1 ml 盐 酸 萘 乙 二 胺 溶 液, 加 水 至 刻 度, 混 匀 静 置 15 min 后 测 定 样 品 制 备 : 称 取 5.0 g 经 绞 碎 混 匀 的 样 品, 将 其 置 于 50mL 烧 杯 中, 加 入 12.5 ml 硼 砂 饱 和 溶 液, 搅 拌 均 匀, 用 约 300 ml 70 左 右 的 水 将 样 品 转 移 入 500 ml 容 量 瓶 中, 置 沸 水 浴 中 加 热 15min 后, 取 出 冷 却 至 室 温, 然 后 边 转 动 边 加 入 5 ml 亚 铁 氰 化 钾 溶 液, 摇 匀 后 再 加 入 5 ml 乙 酸 锌 溶 液 以 沉 淀 蛋 白 质, 加 水 至 刻 度, 混 匀, 放 置 0.5 h, 除 去 上 层 脂 肪 后 将 清 液 用 滤 纸 过 滤, 弃 去 初 滤 液 约 30 ml, 收 集 滤 液 备 用 吸 取 40 ml 滤 液 于 50 ml 具 塞 比 色 管 中, 加 入 2 ml 对 氨 基 苯 磺 酸 溶 液, 混 匀 后 静 置 3~5 min, 再 加 入 1 ml 盐 酸 萘 乙 二 胺 溶 液, 加 水 至 刻 度, 混 匀 静 置 15 min 后 测 定 3 测 定 用 1 cm 吸 收 池, 对 显 色 后 的 标 准 溶 液 系 列 最 高 浓 度 的 溶 液 进 行 nm 范 围 内 紫 外 可 见 吸 收 光 谱 扫 描, 并 从 该 光 谱 中 确 定 最 大 吸 收 峰 的 波 长 为 538nm 用 1 cm 吸 收 池, 以 空 白 调 节 零 点, 于 538 nm 波 长 下 测 定 标 准 溶 液 系 列 的 吸 光 度 值, 每 个 标 准 溶 液 重 复 测 定 3 次, 记 录 吸 光 度 数 据 ; 用 同 样 条 件 测 定 样 品 溶 液 的 吸 光 度, 每 个 样 品 重 复 3 次, 记 录 样 品 吸 光 度 数 据

61 4 实 验 结 束 后, 按 要 求 关 好 仪 器 五 结 果 处 理 1 对 记 录 的 标 准 溶 液 系 列 中 的 每 一 个 标 准 溶 液 的 3 次 吸 光 度 求 平 均 值, 对 该 系 列 的 吸 光 度 平 均 值 和 浓 度 值 进 行 线 性 回 归, 获 得 标 准 曲 线 方 程 A=a+bC 中 的 a 和 b 该 项 工 作 亦 可 利 用 仪 器 的 功 能 在 仪 器 上 完 成 2 对 测 定 的 样 品 溶 液 的 3 次 吸 光 度 求 平 均 值, 将 该 值 代 入 A=a+bC 中, 得 到 样 品 的 结 果, 根 据 样 品 的 取 样 量 计 算 出 肉 制 品 中 亚 硝 酸 盐 以 mg/kg 为 单 位 的 含 量 该 项 工 作 亦 可 利 用 仪 器 的 功 能 在 仪 器 上 完 成 六 注 意 事 项 1 该 方 法 是 通 过 衍 生 反 应 将 亚 硝 酸 盐 转 化 为 有 色 物 质 后 再 行 测 定 的, 因 此 要 严 格 控 制 反 应 条 件, 以 确 保 反 应 都 能 得 到 最 大 产 率 2 所 用 吸 收 池 的 空 载 透 过 率 要 一 致, 避 免 由 此 带 来 测 定 误 差 3 样 品 和 标 准 溶 液 系 列 要 现 测 现 配 七 思 考 题 1 在 样 品 处 理 步 骤 中, 加 入 含 有 硼 砂 的 热 水 的 作 用 是 什 么? 2 在 样 品 处 理 步 骤 中, 加 入 亚 铁 氰 化 钾 和 乙 酸 锌 的 作 用 是 什 么? 3 为 什 么 亚 硝 酸 盐 测 定 不 采 用 直 接 测 定 其 自 身 最 大 吸 收 波 长 处 吸 光 度 的 方 法 来 进 行? 八 参 考 文 献 1 王 惠 琴, 鲁 迪, 林 太 凤, 刘 永 东, 郑 大 威. 盐 酸 萘 乙 二 胺 分 光 光 度 法 测 定 肉 制 品 中 的 亚 硝 酸 盐 [J]. 食 品 研 究 与 开 发, 2009, 30(5): 陈 剑 杰. 分 光 光 度 法 测 定 火 腿 中 亚 硝 酸 盐 的 含 量 [J]. 畜 牧 与 饲 料 科 学, 2010, 31(1): 李 国 欣, 王 一 渌, 靳 里 萍. 石 家 庄 市 生 产 和 销 售 的 熟 肉 制 品 中 亚 硝 酸 盐 含 量 的 测 定 [J]. 职 业 与 健 康, 2010, 26(2): GB/T , 食 品 中 亚 硝 酸 盐 与 硝 酸 盐 的 测 定 [S].

62 实 验 二 苯 甲 酸 红 外 吸 收 光 谱 图 的 测 定 一 目 的 要 求 1 通 过 实 验 巩 固 对 常 见 有 机 化 合 物 基 团 特 征 吸 收 峰 频 率 的 记 忆 ; 2 了 解 傅 立 叶 变 换 红 外 光 谱 仪 的 结 构 ; 3 掌 握 固 体 样 品 压 片 的 制 作 方 法 ; 4 掌 握 利 用 傅 立 叶 变 换 红 外 光 谱 仪 测 定 红 外 吸 收 光 谱 的 方 法 二 实 验 原 理 苯 甲 酸 为 无 色 无 味 片 状 晶 体, 熔 点 , 沸 点 249, 相 对 密 度 苯 甲 酸 是 一 种 食 品 生 产 中 的 常 用 防 腐 剂, 人 经 口 最 低 中 毒 量 为 6 mg/kg, 我 国 食 品 添 加 剂 使 用 卫 生 标 准 (GB ) 规 定 其 在 碳 酸 饮 料 中 最 大 使 用 量 为 0.2 g/kg, 在 蜜 饯 中 为 0.5 g/kg, 在 葡 萄 酒 中 为 0.8 g/kg, 在 酱 油 食 醋 果 酱 ( 不 包 括 罐 头 ) 果 汁 ( 味 ) 型 饮 料 中 为 1.0 g/kg, 在 食 品 工 业 用 浓 缩 果 蔬 汁 中 为 2 g/kg 等 当 具 有 偶 极 矩 的 有 机 化 合 物 分 子 受 到 波 数 位 于 cm -1 的 中 红 外 区 辐 射 照 射 时, 如 果 红 外 辐 射 的 频 率 与 该 分 子 中 某 基 团 的 振 动 频 率 一 致, 将 会 被 该 分 子 吸 收 分 子 中 基 团 的 振 动 频 率 受 构 成 基 团 的 原 子 种 类 原 子 间 化 学 键 的 类 型 与 基 团 相 连 的 其 他 基 团 的 种 类 基 团 周 围 在 空 间 上 与 其 相 距 较 近 但 并 不 与 其 相 连 的 其 他 基 团 的 作 用 等 诸 多 因 素 的 影 响, 故 其 振 动 频 率 可 以 反 映 分 子 结 构 的 信 息 鉴 于 分 子 的 红 外 吸 收 光 谱 与 分 子 振 动 频 率 之 间 的 关 联 性, 该 光 谱 能 够 反 映 分 子 结 构 的 信 息 通 过 对 红 外 吸 收 光 谱 中 基 团 相 关 特 征 吸 收 峰 的 分 析, 可 以 确 定 分 子 中 存 在 的 基 团 以 及 基 团 之 间 相 互 连 接 的 情 况, 最 终 获 得 与 所 测 化 合 物 红 外 吸 收 光 谱 相 对 应 的 化 合 物 分 子 结 构 当 傅 立 叶 变 换 红 外 光 谱 仪 中 的 迈 克 尔 孙 干 涉 仪 发 出 的 干 涉 光 通 过 由 KBr 和 有 机 化 合 物 制 成 的 样 品 压 片 上 时, 其 中 频 率 和 样 品 中 有 机 化 合 物 基 团 振 动 频 率 一 致 的 部 分 将 会 被 吸 收, 检 测 器 将 测 到 被 吸 收 后 的 干 涉 图 谱 ( 时 域 图 谱 ), 经 计 算 机 进 行 傅 立 叶 积 分 变 换, 可 将 该 干 涉 图 谱 变 换 为 红 外 吸 收 图 谱 ( 频 域 图 谱 ) 三 仪 器 与 试 剂 1 仪 器 Nexus 670 型 傅 立 叶 变 换 红 外 光 谱 仪 ( 美 国 Thermo Nicolet 公 司 );BS 124S 电 子 分 析 天 平 ( 北 京 赛 多 利 斯 科 学 仪 器 有 限 公 司 ) 2 试 剂 溴 化 钾 ( 光 谱 纯 ), 苯 甲 酸 ( 分 析 纯 )

63 四 实 验 步 骤 1 样 品 制 备 称 取 事 先 经 105 脱 水 干 燥 后 的 苯 甲 酸 10 mg 分 别 和 g 溴 化 钾 于 玛 瑙 研 钵 中, 在 红 外 灯 下 研 磨 混 匀, 至 粒 径 在 2 µm 左 右, 用 不 锈 钢 铲 取 mg 在 压 片 装 置 中 压 成 透 明 薄 片 本 底 用 同 样 量 的 纯 溴 化 钾 制 作 2 测 定 将 本 底 和 样 品 压 片 分 别 放 入 仪 器 进 行 测 量, 得 到 扣 除 了 本 底 的 苯 甲 酸 红 外 吸 收 谱 图 3 实 验 结 束 后, 按 要 求 关 好 仪 器 五 结 果 处 理 比 较 用 各 种 配 比 的 苯 甲 酸 和 溴 化 钾 所 做 红 外 吸 收 谱 图, 得 到 最 适 配 比 将 最 适 配 比 的 样 品 红 外 吸 收 谱 图 与 苯 甲 酸 的 标 准 红 外 吸 收 谱 图 相 比 较, 观 察 其 一 致 性 六 注 意 事 项 1 压 片 前 的 研 磨 要 在 红 外 灯 下 进 行 2 样 品 颗 粒 要 研 磨 至 粒 径 要 在 2 µm 左 右 七 思 考 题 1 研 磨 如 不 在 红 外 灯 下 进 行 会 发 生 什 么 现 象? 2 为 什 么 研 磨 的 颗 粒 粒 径 要 在 2 µm 左 右? 八 参 考 文 献 1 陈 培 榕, 李 景 虹, 邓 勃. 现 代 仪 器 分 析 实 验 与 技 术 ( 第 2 版 )[M]. 北 京 : 清 华 大 学 出 版 社, 2006.

64 实 验 三 荧 光 分 光 光 度 法 测 定 蔬 菜 中 的 西 维 因 残 留 一 目 的 要 求 1 通 过 实 验 强 化 对 荧 光 分 光 光 度 法 定 量 分 析 原 理 的 理 解 ; 2 通 过 本 实 验 增 强 弱 荧 光 分 析 物 荧 光 强 度 的 方 法 强 化 对 理 论 课 所 述 相 关 内 容 的 理 解 ; 3 直 观 了 解 荧 光 分 光 光 度 计 的 结 构 ; 4 掌 握 荧 光 激 发 光 谱 和 荧 光 发 射 光 谱 的 测 定 方 法 ; 5 掌 握 利 用 标 准 曲 线 法 进 行 定 量 分 析 的 方 法 二 实 验 原 理 西 维 因 (1- 萘 基 -N- 甲 基 氨 基 甲 酸 酯 ), 又 名 甲 萘 威, 是 氨 基 甲 酸 酯 类 杀 虫 剂 的 一 种, 常 用 于 水 果 蔬 菜 棉 花 谷 类 作 物 生 产 中 西 维 因 是 一 种 中 等 毒 性 的 农 药, 可 使 体 内 的 胆 碱 酯 酶 失 活, 从 而 造 成 乙 酰 胆 碱 的 蓄 积, 导 致 中 毒 现 象 的 发 生 我 国 规 定 其 在 蔬 菜 中 的 最 大 残 留 限 量 为 2.0 mg/kg 在 碱 性 条 件 下, 西 维 因 将 会 水 解, 定 量 生 成 具 有 较 强 荧 光 的 1- 萘 酚 以 及 甲 胺 和 二 氧 化 碳, 反 应 式 如 下 : 阳 离 子 表 面 活 性 剂 十 六 烷 基 三 甲 基 溴 化 铵 (CTMAB) 的 加 入 可 使 1- 萘 酚 的 荧 光 强 度 进 一 步 增 强, 该 荧 光 强 度 与 样 品 中 的 1- 萘 酚 浓 度, 也 就 是 西 维 因 的 浓 度 存 在 线 性 关 系, 通 过 测 定 其 荧 光 强 度 可 确 定 样 品 中 西 维 因 的 残 留 量 西 维 因 是 一 种 具 有 触 杀 和 胃 毒 作 用 的 杀 虫 剂, 内 吸 作 用 极 小, 在 喷 施 后, 其 残 留 绝 大 部 分 都 存 在 于 作 物 表 面, 不 会 渗 透 到 组 织 液 中 在 对 其 残 留 进 行 提 取 时, 采 用 有 机 溶 剂 淋 洗 样 品 表 面 的 方 法 就 可 以 将 其 残 留 有 效 提 取 出 来, 这 样 可 以 避 免 对 样 品 进 行 匀 浆 处 理 导 致 色 素 进 入 样 品 溶 液 并 干 扰 测 定 的 现 象 发 生 采 用 标 准 曲 线 法 进 行 定 量 分 析 时, 可 对 西 维 因 标 准 溶 液 系 列 进 行 上 述 反 应, 通 过 测 定 该 系 列 的 荧 光 强 度, 回 归 标 准 曲 线, 样 品 中 西 维 因 残 留 的 质 量 浓 度 通 过 测 定 荧 光 强 度, 在 该 曲 线 中 可 计 算 出 来 三 仪 器 与 试 剂 1 仪 器 Cary Eclipse 型 荧 光 分 光 光 度 计 ( 美 国 Varian 公 司 );phs-2 型 酸 度 计 ( 上 海 第 二 分 析 仪 器 厂 );BS 124S 电 子 分 析 天 平 ( 北 京 赛 多 利 斯 科 学 仪 器 有 限 公 司 )

65 2 试 剂 氢 氧 化 钾 CTMAB 磷 酸 氢 二 钾 (K 2 HPO 4 12H 2 O) 无 水 乙 醇 为 分 析 纯 试 剂, 西 维 因 标 准 品 ( 德 国 Ehrenstorfer 公 司 ) 含 量 98% 四 实 验 步 骤 1 试 剂 配 制 氢 氧 化 钾 溶 液 : 称 取 0.56 g 氢 氧 化 钾 溶 于 水 中, 稀 至 1000 ml, 浓 度 为 0.01 mol/l CTMAB 溶 液 : 称 取 g CTMAB 溶 于 水 中, 稀 至 1000 ml, 浓 度 为 0.1 mol/l 磷 酸 盐 缓 冲 液 : 称 取 磷 酸 氢 二 钾 g, 溶 解 于 500 ml 0.2 mol/l KOH 溶 液 中, 最 后 用 蒸 馏 水 稀 释 至 1000 ml 此 溶 液 ph12, 浓 度 0.1 mol/l 如 果 ph 达 不 到 12, 在 定 容 前 可 继 续 加 入 KOH 溶 液, 直 至 到 达 设 定 值 再 定 容 西 维 因 标 准 储 备 溶 液 : 称 取 g 西 维 因 用 乙 醇 溶 解 并 转 移 至 100 ml 棕 色 容 量 瓶 中, 用 乙 醇 稀 至 刻 度, 储 存 于 4 保 存 此 溶 液 浓 度 为 g/l 西 维 因 标 准 使 用 溶 液 : 临 用 前 吸 取 西 维 因 标 准 储 备 溶 液 1 ml 于 100 ml 棕 量 瓶 中, 用 乙 醇 稀 至 刻 度, 此 为 0.1 μg/ml 的 标 准 中 间 液 将 此 溶 液 用 乙 醇 稀 释 10 倍 即 为 0.01 μg/ml 的 标 准 使 用 溶 液 2 标 准 溶 液 系 列 和 样 品 制 备 标 准 溶 液 系 列 制 备 : 吸 取 西 维 因 标 准 使 用 溶 液 ml 于 10 ml 具 塞 比 色 管 中, 加 入 氢 氧 化 钾 溶 液 1 ml, 于 60 水 浴 中 水 解 30 min 加 入 CTMAB 溶 液 2 ml 及 ph12 的 磷 酸 盐 缓 冲 溶 液 1 ml, 用 水 定 容, 充 分 振 荡, 于 室 温 下 反 应 40 min 后 测 定 样 品 制 备 : 称 取 20 g 叶 菜 2 份, 分 别 放 入 烧 杯 中, 其 中 1 份 分 别 加 入 0.5 ml 标 准 中 间 液 做 加 标 回 收 率 实 验 所 有 样 品 中 均 加 入 3 ml 乙 醇, 用 滴 管 吸 取 乙 醇 反 复 淋 洗 叶 菜 表 面, 将 洗 脱 液 移 入 10 ml 比 色 管, 用 标 准 溶 液 制 备 方 法 制 备 3 测 定 激 发 及 发 射 单 色 器 狭 缝 的 光 谱 通 带 均 设 为 5 nm 使 用 1 cm 荧 光 液 池, 以 空 白 调 零, 对 标 准 溶 液 系 列 最 高 浓 度 的 溶 液 扫 描 激 发 光 谱 和 发 射 光 谱 从 光 谱 中 确 定 激 发 波 长 253 nm, 发 射 波 长 451 nm 以 此 条 件 测 定 标 准 溶 液 系 列, 每 个 标 准 溶 液 重 复 测 定 3 次, 记 录 荧 光 强 度 数 据 ; 用 同 样 条 件 测 定 样 品 溶 液 的 荧 光 强 度, 每 个 样 品 重 复 3 次, 记 录 样 品 荧 光 强 度 数 据 4 实 验 结 束 后, 按 要 求 关 好 仪 器 五 结 果 处 理 1 对 记 录 的 标 准 溶 液 系 列 中 的 每 一 个 标 准 溶 液 的 3 次 荧 光 强 度 求 平 均 值, 对 该 系 列 的 荧 光 强 度 平 均 值 和 浓 度 值 进 行 线 性 回 归, 获 得 标 准 曲 线 方 程 F=a+bC 中 的 a 和 b 该 项 工 作 亦 可 利 用 仪 器 的 功 能 在 仪 器 上 完 成 2 对 测 定 的 样 品 溶 液 的 3 次 荧 光 强 度 求 平 均 值, 将 该 值 代 入 F=a+bC 中, 得 到 样 品 的 结 果, 根 据 样 品 的 取 样 量 计 算 出 样 品 及 加 标 样 品 中 西 维 因 残 留 以 mg/kg 为 单 位 的 含 量 该 项 工 作 亦 可 利 用 仪 器 的 功 能 在 仪 器 上 完 成

66 3 加 标 样 品 的 加 标 回 收 率 可 按 下 式 计 算 : 回 收 率 %=[( 加 标 样 品 测 定 值 - 样 品 测 定 值 )/ 加 标 样 品 中 的 加 入 量 ] 100% 六 注 意 事 项 1 该 方 法 是 通 过 水 解 反 应 将 西 维 因 转 化 为 1- 萘 酚 后 再 行 测 定 的, 因 此 要 严 格 控 制 反 应 条 件, 以 确 保 反 应 获 得 最 大 产 率 2 1- 萘 酚 的 发 荧 光 性 质 受 ph 影 响 较 大, 故 所 用 磷 酸 盐 缓 冲 液 的 ph 要 严 格 控 制 在 12 3 样 品 和 标 准 溶 液 系 列 要 现 测 现 配 七 思 考 题 1 在 样 品 测 定 的 全 过 程 中, 是 否 可 以 将 仅 对 样 品 表 面 的 淋 洗 改 为 对 样 品 进 行 匀 浆 后 的 乙 醇 提 取? 2 在 样 品 处 理 步 骤 中, 加 入 CTMAB 的 作 用 机 理 是 什 么? 八 参 考 文 献 1 杜 钰 珊, 陈 冠 华, 侯 芳 菲, 曹 佳. 碱 解 增 敏 荧 光 法 测 定 残 留 甲 萘 威 [J]. 分 析 化 学, 2006, 34(4):

67 实 验 四 火 焰 原 子 吸 收 光 谱 法 测 定 自 来 水 中 的 镉 一 目 的 要 求 1 通 过 实 验 强 化 对 原 子 吸 收 光 谱 法 定 量 分 析 原 理 的 理 解 ; 2 了 解 对 于 痕 量 分 析 物 检 测 采 用 液 液 萃 取 方 法 增 强 检 出 能 力 的 思 路 ; 3 直 观 了 解 原 子 吸 收 光 谱 仪 的 结 构 ; 4 掌 握 利 用 标 准 曲 线 法 进 行 定 量 分 析 的 方 法 二 实 验 原 理 镉 化 合 物 对 人 体 毒 性 很 大, 人 体 的 镉 中 毒 主 要 是 通 过 消 化 道 与 呼 吸 道 摄 取 被 镉 污 染 的 水 食 物 空 气 而 引 起 的 进 入 人 体 的 镉 在 体 内 形 成 镉 硫 蛋 白, 通 过 血 液 到 达 全 身, 并 有 选 择 性 地 蓄 积 于 肾 肝 中, 潜 伏 朗 长 达 年 肾 脏 可 蓄 积 吸 收 量 的 1/3, 是 镉 中 毒 的 靶 器 官 此 外, 在 脾 胰 甲 状 腺 和 毛 发 也 有 一 定 的 蓄 积 进 入 人 体 和 温 血 动 物 的 镉 可 与 含 羟 基 氨 基 巯 基 的 蛋 白 质 分 子 结 合, 能 使 许 多 酶 系 统 受 到 抑 制, 从 而 影 响 肝 肾 器 官 中 酶 系 统 的 正 常 功 能, 使 肾 脏 器 官 等 发 生 病 变, 造 成 贫 血 高 血 压 神 经 痛 骨 质 松 软 肾 炎 和 分 泌 失 调 等 病 症 我 国 生 活 饮 用 水 水 质 标 准 规 定 其 在 饮 用 水 中 的 含 量 不 得 高 于 mg/l 镉 在 抗 坏 血 酸 存 在 的 还 原 性 条 件 下 可 与 碘 离 子 形 成 如 下 结 构 的 络 合 物 : I I Cd I I Cd I I Cd I I Cd I I 其 在 甲 基 异 丁 酮 (MIBK) 中 的 溶 解 度 要 大 于 在 水 中 的, 经 MIBK 萃 取 后 可 进 入 有 机 相 中 供 测 定 溶 解 于 MIBK 中 的 镉 与 碘 离 子 的 络 合 物 在 送 入 火 焰 中 后, 在 火 焰 高 温 的 作 用 下 解 离, 释 放 出 镉 原 子, 当 由 镉 空 心 阴 极 灯 发 出 的 特 征 锐 线 辐 射 通 过 镉 原 子 蒸 气 时, 被 测 镉 原 子 将 会 吸 收 该 特 征 辐 射, 通 过 测 定 吸 收 线 的 峰 值 吸 收, 可 确 定 样 品 中 镉 元 素 的 含 量 采 用 标 准 曲 线 法 进 行 定 量 分 析 时, 可 对 镉 标 准 溶 液 系 列 和 自 来 水 中 痕 量 的 镉 进 行 上 述 反 应, 并 萃 取 通 过 测 定 标 准 溶 液 系 列 的 峰 值 吸 光 度, 回 归 标 准 曲 线, 样 品 中 镉 的 浓 度 通 过 测 定 其 峰 值 吸 光 度, 可 在 该 曲 线 中 计 算 出 来 三 仪 器 与 试 剂 1 仪 器 PE-300 型 原 子 吸 收 光 谱 仪 ( 美 国 Perkin-Elmer 公 司 );BS 124S 电 子 分 析 天 平 ( 北 京 赛 多 利 斯 科 学 仪 器 有 限 公 司 )

68 2 试 剂 碘 化 钾 抗 坏 血 酸 氯 化 镉 (CdCl 2 ) 硝 酸 MIBK 均 为 分 析 纯 试 剂 四 实 验 步 骤 1 试 剂 配 制 碘 化 钾 溶 液 : 称 取 g 碘 化 钾 溶 于 去 离 子 水 中, 并 定 容 至 1000 ml, 此 溶 液 浓 度 为 1 mol/l 抗 坏 血 酸 溶 液 : 称 取 5 g 抗 坏 血 酸 溶 于 去 离 子 水 中, 并 定 容 至 100 ml, 此 溶 液 浓 度 为 5% 镉 标 准 储 备 液 : 称 取 氯 化 镉 (CdCl 2 ) g, 溶 于 去 离 子 水 中, 加 入 1 ml 1:1 硝 酸, 定 容 于 100 ml, 此 溶 液 浓 度 为 g/l 镉 标 准 中 间 液 : 吸 取 镉 标 准 储 备 液 1 ml, 用 0.2% 硝 酸 定 容 至 100 ml, 浓 度 为 10 mg/l; 再 吸 取 此 10 mg/l 溶 液 1 ml, 用 0.2% 硝 酸 定 容 至 1 00mL, 浓 度 为 100 μg/l 2 标 准 溶 液 系 列 和 样 品 制 备 标 准 溶 液 系 列 制 备 : 吸 取 100 μg/l 的 镉 标 准 中 间 液 ml, 用 0.2% 硝 酸 定 容 至 50 ml 将 此 标 准 系 列 依 次 倒 入 250 ml 分 液 漏 斗 中, 分 别 向 各 分 液 漏 斗 中 加 入 10 ml 碘 化 钾 溶 液, 摇 匀 后 再 加 入 5 ml 抗 坏 血 酸 溶 液, 再 摇 匀 后 准 确 加 入 10 ml MIBK, 振 摇 萃 取 1-2 min, 静 置 分 层 后 弃 去 水 相, 用 滤 纸 吸 干 分 液 漏 斗 颈 内 的 残 留 液, 将 有 机 相 转 入 10 ml 具 塞 试 管 内, 盖 严 待 测 样 品 制 备 : 将 50 ml 自 来 水 样 倒 入 250 ml 分 液 漏 斗 中, 加 入 10 ml 碘 化 钾 溶 液, 摇 匀 后 再 加 入 5 ml 抗 坏 血 酸 溶 液, 再 摇 匀 后 准 确 加 入 10 ml MIBK, 振 摇 萃 取 1-2 min, 静 置 分 层 后 弃 去 水 相, 用 滤 纸 吸 干 分 液 漏 斗 颈 内 的 残 留 液, 将 有 机 相 转 入 10 ml 具 塞 试 管 内, 盖 严 待 测 3 测 定 将 镉 空 心 阴 极 灯 安 装 于 灯 架 上, 开 机 预 热 至 空 心 阴 极 灯 稳 定 调 整 灯 位 至 光 强 最 大, 选 择 吸 收 线 波 长 为 nm 点 燃 火 焰 后 用 0.2% 硝 酸 溶 液 调 节 样 品 提 升 流 量 为 3-7 ml/min 之 间, 然 后 仪 器 调 零 用 镉 标 准 中 间 液 标 定 仪 器, 使 其 处 于 工 作 状 态 以 此 条 件 测 定 标 准 溶 液 系 列, 每 个 标 准 溶 液 重 复 测 定 3 次, 记 录 吸 光 度 数 据 ; 用 同 样 条 件 测 定 样 品 溶 液 的 吸 光 度, 每 个 样 品 重 复 3 次, 记 录 样 品 吸 光 度 数 据 4 实 验 结 束 后, 依 次 用 1% 硝 酸 和 去 离 子 水 喷 雾 清 洗 燃 烧 器 各 5min, 熄 灭 火 焰, 关 机 五 结 果 处 理 1 对 记 录 的 标 准 溶 液 系 列 中 的 每 一 个 标 准 溶 液 的 3 次 吸 光 度 求 平 均 值, 对 该 系 列 的 吸 光 度 平 均 值 和 浓 度 值 进 行 线 性 回 归, 获 得 标 准 曲 线 方 程 A=a+bC 中 的 a 和 b 该 项 工 作 亦 可 利 用 仪 器 的 功 能 在 仪 器 上 完 成 2 对 测 定 的 样 品 溶 液 的 3 次 吸 光 度 求 平 均 值, 将 该 值 代 入 A=a+bC 中, 得 到 样 品 的 结 果 该 项 工 作 亦 可 利 用 仪 器 的 功 能 在 仪 器 上 完 成

69 六 注 意 事 项 1 测 量 过 程 中 仪 器 零 点 可 能 漂 移, 要 不 断 检 查 零 点, 发 现 漂 移 要 重 调 零 点 七 思 考 题 1 在 火 焰 原 子 吸 收 方 法 中, 对 水 样 采 用 液 液 萃 取 后 直 接 有 机 相 进 样 的 优 点 是 什 么? 八 参 考 文 献 1 城 乡 建 设 环 境 保 护 部 环 境 保 护 局 环 境 监 测 分 析 方 法 编 写 组. 环 境 监 测 分 析 方 法 [M]. 北 京 : 中 国 环 境 科 学 出 版 社, 1986.

70 实 验 五 毛 细 管 气 相 色 谱 法 测 定 白 酒 中 的 甲 醇 一 目 的 要 求 1 通 过 实 验 强 化 对 气 相 色 谱 法 分 离 及 定 量 分 析 原 理 的 理 解 ; 2 直 观 了 解 温 度 在 气 相 色 谱 中 对 分 析 物 保 留 时 间 和 分 离 度 的 影 响 ; 3 直 观 了 解 气 相 色 谱 仪 的 结 构 ; 4 掌 握 利 用 外 标 法 进 行 定 量 分 析 的 方 法 二 实 验 原 理 在 酿 造 白 酒 的 发 酵 过 程 中, 常 会 有 微 量 的 甲 醇 共 同 生 成, 特 别 是 采 用 果 胶 质 多 的 原 料 来 酿 制 时, 会 生 成 较 多 甲 醇 甲 醇 对 人 体 的 毒 性 作 用 较 大,4-10 g 即 可 引 起 严 重 中 毒 以 聚 乙 二 醇 作 为 固 定 相 的 毛 细 管 柱, 其 功 能 基 团 与 甲 醇 和 乙 醇 的 相 同, 可 对 它 们 表 现 出 具 有 较 好 的 选 择 性 在 适 当 的 柱 温 下, 以 适 当 流 速 的 氮 气 作 为 流 动 相 可 使 二 者 基 线 分 离 甲 醇 和 乙 醇 在 氢 火 焰 离 子 化 检 测 器 (FID) 上 均 可 产 生 响 应, 以 FID 作 为 检 测 器 可 对 分 离 后 的 甲 醇 进 行 检 测 采 用 外 标 法 对 样 品 中 甲 醇 进 行 定 量 分 析 对 标 准 溶 液 系 列 分 别 进 行 气 相 色 谱 分 离, 测 定 甲 醇 的 峰 面 积, 并 以 此 回 归 工 作 曲 线, 样 品 分 离 后 通 过 测 定 甲 醇 峰 面 积, 可 在 工 作 曲 线 上 计 算 出 浓 度 三 仪 器 与 试 剂 1 仪 器 HP-5890 型 气 相 色 谱 仪 ( 美 国 Hewlett-Packard 公 司 );BS 124S 电 子 分 析 天 平 ( 北 京 赛 多 利 斯 科 学 仪 器 有 限 公 司 ) 2 试 剂 甲 醇 无 水 乙 醇 均 为 分 析 纯 试 剂, 氮 气 和 氢 气 均 为 99.99% 高 纯 气 体 四 实 验 步 骤 1 试 剂 配 制 乙 醇 溶 液 : 称 取 无 水 乙 醇 300 g, 用 去 离 子 水 定 容 至 500 ml, 此 溶 液 乙 醇 浓 度 为 60% 甲 醇 标 准 储 备 液 : 称 取 g 甲 醇, 用 60% 乙 醇 定 容 于 100 ml 容 量 瓶, 此 溶 液 浓 度 为 1000 mg/l 2 标 准 溶 液 系 列 制 备

71 吸 取 甲 醇 标 准 储 备 液 ml, 用 60% 乙 醇 定 容 于 10 ml, 此 标 准 系 列 浓 度 为 mg/l 3 测 定 色 谱 柱 为 采 用 聚 乙 二 醇 为 固 定 相 的 HP-NNowax 毛 细 管 柱, 柱 长 30 m, 柱 径 320 μm, 固 定 液 膜 厚 度 0.25 μm; 分 流 比 10:1, 柱 温 45 ; 载 气 为 氮 气, 流 量 20 ml/min; 气 化 室 温 度 180 ; 检 测 器 温 度 200, 氢 气 流 量 15 ml/min, 空 气 流 量 150 ml/min; 进 样 量 0.5 μl 升 高 柱 温 至 70, 观 察 在 气 相 色 谱 中 温 度 对 甲 醇 保 留 时 间 和 甲 醇 与 乙 醇 之 间 分 离 度 的 影 响 4 实 验 结 束 后, 按 要 求 关 好 仪 器 五 结 果 处 理 1 对 标 准 溶 液 系 列 中 的 每 一 个 标 准 溶 液 分 别 进 行 3 次 分 离, 记 录 每 次 分 离 甲 醇 的 峰 面 积 并 求 平 均 值, 对 该 系 列 的 峰 面 积 平 均 值 和 浓 度 值 进 行 线 性 回 归, 获 得 标 准 曲 线 方 程 A=a+bC 中 的 a 和 b 该 项 工 作 亦 可 利 用 仪 器 的 功 能 在 仪 器 上 完 成 2 对 测 定 的 样 品 溶 液 分 别 进 行 3 次 分 离, 记 录 每 次 甲 醇 的 峰 面 积 并 求 平 均 值, 将 该 值 代 入 A=a+bC 中, 得 到 样 品 的 结 果 该 项 工 作 亦 可 利 用 仪 器 的 功 能 在 仪 器 上 完 成 六 注 意 事 项 1 分 离 要 在 基 线 稳 定 条 件 下 进 行, 否 则 峰 面 积 计 算 的 准 确 性 会 受 到 影 响 七 思 考 题 1 为 什 么 在 气 相 色 谱 中 温 度 会 对 分 析 物 的 保 留 时 间 和 分 离 度 有 较 大 影 响? 八 参 考 文 献 1 陈 发 河, 吴 光 斌. 毛 细 管 气 相 色 谱 法 测 定 白 酒 中 的 甲 醇 乙 酸 乙 酯 和 杂 醇 油 [J]. 食 品 科 学, 2007, 28(1): 鲁 冬 梅, 严 春 荣, 普 伟 民. 毛 细 管 气 相 色 谱 法 测 定 白 酒 中 的 甲 醇 杂 醇 油 [J]. 云 南 化 工, 2009, 36(4):

72 实 验 六 高 效 液 相 色 谱 法 测 定 牛 奶 中 的 四 环 素 类 抗 生 素 残 留 一 目 的 要 求 1 通 过 实 验 强 化 对 高 效 液 相 色 谱 法 分 离 及 定 量 分 析 原 理 的 理 解 ; 2 直 观 了 解 流 动 相 组 成 在 高 效 液 相 色 谱 中 对 分 析 物 保 留 时 间 和 分 离 度 的 影 响 ; 3 直 观 了 解 高 效 液 相 色 谱 仪 的 结 构 ; 4 掌 握 利 用 外 标 法 进 行 定 量 分 析 的 方 法 二 实 验 原 理 在 畜 牧 生 产 过 程 中, 将 一 些 抗 菌 素 作 为 添 加 剂 以 较 低 浓 度 加 入 到 饲 料 中, 可 使 导 致 动 物 生 产 效 率 下 降 的 支 原 体 病 等 慢 性 传 染 病 得 到 有 效 抑 制, 因 而 能 够 促 进 动 物 生 长 但 是, 这 种 做 法 常 导 致 在 动 物 性 食 品 中 的 抗 生 素 残 留, 人 类 食 用 后 导 致 耐 药 菌 群 的 产 生, 将 会 产 生 一 系 列 严 重 后 果 四 环 素 类 抗 生 素 就 是 被 经 常 使 用 的 一 类 抗 生 素, 其 中 四 环 素 (Tetracycline, TC) 土 霉 素 (Oxytetracycline, OTC) 和 金 霉 素 (Chlortetracycline, CTC) 就 是 该 类 抗 生 素 中 的 三 种, 是 提 取 自 链 霉 菌 属 培 养 液 的 广 谱 抗 生 素, 结 构 如 下 : N(CH 3 ) 2 OH N(CH 3 ) Cl N(CH 3 ) 2 2 H 3 C OH OH H 3 C OH H 3 C OH OH OH OH OH O OH O CONH 2 OH OH O OH O CONH 2 OH OH O OH O CONH 2 Tetracycline Oxytetracycline Chlortetracycline 我 国 和 欧 盟 规 定 其 在 牛 奶 中 的 最 大 残 留 限 量 为 0.1 mg/kg 三 种 抗 生 素 在 酸 性 条 件 下 稳 定, 易 与 蛋 白 质 发 生 强 烈 结 合, 且 易 与 金 属 离 子 形 成 鳌 合 物 在 乙 二 胺 四 乙 酸 二 钠 (EDTA) 存 在 条 件 下, 用 草 酸 甲 醇 提 取 可 获 得 较 高 回 收 率 三 种 抗 生 素 的 共 有 结 构 均 可 在 C 18 柱 上 产 生 保 留,OTC 和 CTC 均 与 TC 仅 差 一 个 取 代 基, 采 用 适 当 的 流 动 相, 以 反 相 色 谱 方 式 可 将 三 者 有 效 分 离 三 者 具 有 共 同 的 发 色 团, 在 和 360nm 均 有 吸 收, 短 波 吸 收 易 受 干 扰, 采 用 360nm 作 为 吸 收 检 测 波 长 可 获 得 较 好 的 同 时 测 定 结 果 采 用 外 标 法 对 样 品 中 三 种 抗 生 素 进 行 定 量 分 析 对 标 准 溶 液 系 列 分 别 进 行 高 效 液 相 色 谱 分 离, 测 定 三 者 各 自 的 峰 面 积, 并 以 此 回 归 三 者 的 工 作 曲 线, 样 品 分 离 后 通 过 测 定 三 者 各 自 峰 面 积, 可 在 各 自 工 作 曲 线 上 计 算 出 浓 度 三 仪 器 与 试 剂 1 仪 器

73 LC-20AT 型 高 效 液 相 色 谱 仪, 配 备 SPD-20A 型 紫 外 检 测 器 ( 日 本 Shimadzu 公 司 ); B5500S-MT 型 超 声 清 洗 器 ( 上 海 必 能 信 超 声 有 限 公 司 );L500 台 式 离 心 机 ( 长 沙 湘 仪 离 心 机 仪 器 有 限 公 司 );BS 124S 电 子 分 析 天 平 ( 北 京 赛 多 利 斯 科 学 仪 器 有 限 公 司 ) 2 试 剂 甲 醇 乙 腈 草 酸 EDTA 均 为 分 析 纯 试 剂,TC OTC 和 CTC 标 准 品 ( 德 国 Ehrenstorfer 公 司 ) 含 量 98% 四 实 验 步 骤 1 试 剂 配 制 草 酸 水 溶 液 : 称 取 1.26 g 草 酸, 用 水 溶 解 并 定 容 于 1000 ml, 浓 度 为 0.01 mol/l 草 酸 甲 醇 溶 液 : 称 取 1.26 g 草 酸, 用 甲 醇 溶 解 并 定 容 于 1000 ml, 浓 度 为 0.01 mol/l TC OTC CTC 标 准 储 备 液 : 分 别 称 取 TC OTC CTC 各 1 mg, 用 甲 醇 溶 解 并 定 容 于 10 ml, 浓 度 均 为 100 mg/l, 储 存 于 -18 冰 箱 中 2 标 准 溶 液 系 列 和 样 品 制 备 标 准 溶 液 制 备 : 吸 取 适 量 标 准 储 备 液, 用 流 动 相 逐 级 稀 释, 制 成 三 者 浓 度 均 为 mg/l 的 标 准 溶 液 系 列, 此 标 准 系 列 储 存 于 4 冰 箱 可 保 存 3 d 样 品 制 备 : 准 确 称 取 牛 奶 样 品 5 g, 置 于 50 ml 离 心 管 中, 加 入 5 ml 0.01 mol/l 的 草 酸 甲 醇 溶 液 0.1 g EDTA, 旋 涡 混 合 3 min, 超 声 振 荡 3 min, 以 r/min 离 心 10 min, 取 出 全 部 上 清 液 并 量 出 体 积 ( 或 用 流 动 相 稀 至 最 近 整 数 体 积 ), 过 0.45 μm 滤 膜 后 供 测 定 3 测 定 色 谱 柱 为 Nova-Pak C 18 柱, 填 料 粒 径 4 μm, 柱 尺 寸 300 mm 3.9 mm; 流 动 相 为 乙 腈 + 甲 醇 mol/l 草 酸 水 溶 液 ( ); 流 速 为 1.0 ml/min; 柱 温 30 ; 检 测 波 长 360 nm, 带 宽 20 nm, 参 比 波 长 430 nm, 带 宽 50 nm; 进 样 量 25 μl 升 高 流 动 相 中 乙 腈 比 例 至 35, 降 低 水 比 例 至 57, 观 察 在 高 效 液 相 色 谱 中 流 动 相 组 成 的 改 变 对 分 析 物 保 留 时 间 和 TC OTC CTC 之 间 分 离 度 的 影 响 4 实 验 结 束 后, 按 要 求 关 好 仪 器 五 结 果 处 理 1 对 标 准 溶 液 系 列 中 的 每 一 个 标 准 溶 液 分 别 进 行 3 次 分 离, 记 录 每 次 分 离 中 TC OTC CTC 各 自 的 峰 面 积 并 求 平 均 值, 对 该 系 列 各 自 峰 面 积 的 平 均 值 和 浓 度 值 进 行 线 性 回 归, 获 得 各 自 标 准 曲 线 方 程 A i =a i +b i C i 中 的 a i 和 b i, 其 中 i=1 2 3, 代 表 TC OTC CTC 该 项 工 作 亦 可 利 用 仪 器 的 功 能 在 仪 器 上 完 成 2 对 测 定 的 样 品 溶 液 分 别 进 行 3 次 分 离, 记 录 每 次 TC OTC CTC 各 自 的 峰 面 积 并 求 平 均 值, 将 各 值 代 入 各 自 A i =a i +b i C i 中, 得 到 样 品 的 结 果 该 项 工 作 亦 可 利 用 仪 器 的 功 能 在 仪 器 上 完 成

74 六 注 意 事 项 1 分 离 要 在 基 线 稳 定 条 件 下 进 行, 否 则 峰 面 积 计 算 的 准 确 性 会 受 到 影 响 2 色 谱 柱 在 测 定 结 束 后 要 用 纯 甲 醇 清 洗 至 少 1 h 以 上 七 思 考 题 1 在 牛 奶 中 四 环 素 类 抗 生 素 的 提 取 过 程 中, 加 入 EDTA 的 作 用 是 什 么? 2 在 牛 奶 中 四 环 素 类 抗 生 素 的 提 取 过 程 中, 加 入 甲 醇 和 草 酸 的 作 用 是 什 么? 3 为 什 么 在 气 相 色 谱 中 温 度 对 分 析 物 的 保 留 时 间 和 分 离 度 有 较 大 影 响, 而 在 高 效 液 相 色 谱 中, 该 因 素 的 影 响 不 如 流 动 相 组 成 的 影 响 显 著? 八 参 考 文 献 1 张 春 艳, 潘 国 卿, 白 国 涛, 刘 来 俊, 张 伟. 直 接 提 取 快 速 测 定 牛 奶 及 奶 粉 中 四 环 素 残 留 量 [J]. 中 国 乳 品 工 业, 2009, 37(2): 刘 妮, 谷 学 新, 叶 能 胜, 于 京 波, 张 琦, 黄 华 树, 郝 晓 丽. 固 相 萃 取 - 高 效 液 相 色 谱 法 检 测 牛 奶 中 四 环 素 类 抗 生 素 残 留 [J]. 药 物 分 析 杂 志 2009, 29(54): 林 玲, 杨 春 亮, 刘 丽 丽, 查 玉 兵, 刘 杰. 反 相 高 效 液 相 色 谱 法 测 定 鱼 肉 组 织 中 四 环 素 族 抗 生 素 残 留 量 [J]. 广 东 农 业 科 学, 2009, 11:

75 实 验 七 毛 细 管 电 泳 法 测 定 饮 料 中 的 苯 甲 酸 和 山 梨 酸 一 目 的 要 求 1 通 过 实 验 强 化 对 毛 细 管 电 泳 法 分 离 及 定 量 分 析 原 理 的 理 解 ; 2 直 观 了 解 缓 冲 液 ph 对 毛 细 管 区 带 电 泳 中 对 分 析 物 迁 移 时 间 和 分 离 度 的 影 响 ; 3 直 观 了 解 毛 细 管 电 泳 仪 的 结 构 ; 4 掌 握 利 用 毛 细 管 电 泳 外 标 法 进 行 定 量 分 析 的 方 法 二 实 验 原 理 苯 甲 酸 和 山 梨 酸 是 食 品 工 业 中 常 用 的 两 种 防 腐 剂, 被 广 泛 用 于 饮 料 中 我 国 食 品 添 加 剂 使 用 卫 生 标 准 (GB ) 对 其 在 饮 料 中 最 大 使 用 量 均 有 规 定, 见 实 验 二 苯 甲 酸 ( 左 ) 和 山 梨 酸 ( 右 ) 结 构 如 图 : COOH C H 3 CH CH CH CH COOH 在 碱 性 条 件 下, 其 羧 基 上 的 氢 可 电 离, 成 为 离 子 在 毛 细 管 区 带 电 泳 条 件 下, 两 种 离 子 在 电 泳 缓 冲 液 中 的 淌 度 不 同, 导 致 最 终 的 迁 移 时 间 不 同, 为 其 在 该 毛 细 管 电 泳 模 式 下 的 分 离 创 造 了 必 要 的 条 件 两 者 在 230 nm 均 有 吸 收, 当 其 依 次 通 过 在 毛 细 管 上 的 检 测 窗 时, 可 实 现 对 两 种 离 子 的 在 线 检 测 采 用 外 标 法 对 样 品 中 两 种 防 腐 剂 进 行 定 量 分 析 对 标 准 溶 液 系 列 分 别 进 行 毛 细 管 电 泳 分 离, 测 定 两 者 各 自 的 峰 面 积, 并 以 此 回 归 两 者 的 工 作 曲 线, 样 品 分 离 后 通 过 测 定 两 者 各 自 峰 面 积, 可 在 各 自 工 作 曲 线 上 计 算 出 浓 度 三 仪 器 与 试 剂 1 仪 器 CL1020 型 毛 细 管 电 泳 仪 ( 北 京 彩 陆 科 学 仪 器 有 限 公 司 ); phs-2 型 酸 度 计 ( 上 海 第 二 分 析 仪 器 厂 );B5500S-MT 型 超 声 清 洗 器 ( 上 海 必 能 信 超 声 有 限 公 司 );BS 124S 电 子 分 析 天 平 ( 北 京 赛 多 利 斯 科 学 仪 器 有 限 公 司 ) 2 试 剂 硼 砂 草 酸 盐 酸 氢 氧 化 钠 甲 醇 山 梨 酸 苯 甲 酸 均 为 分 析 纯 试 剂

76 四 实 验 步 骤 1 标 准 储 备 液 配 制 分 别 称 取 g 苯 甲 酸 和 山 梨 酸, 用 甲 醇 溶 解 定 容 到 25 ml 2 标 准 溶 液 系 列 和 样 品 制 备 标 准 溶 液 系 列 制 备 : 吸 取 适 量 标 准 储 备 液, 用 硼 酸 盐 缓 冲 液 稀 释 到 浓 度 均 为 mg/l 样 品 制 备 : 将 雪 碧 七 喜 饮 料 在 超 声 清 洗 器 中 超 声 脱 气 处 理 30 min 3 测 定 毛 细 管 为 未 涂 层 熔 硅 毛 细 管 ( 邯 郸 市 鑫 诺 光 纤 色 谱 有 限 公 司 ), 内 径 75 µm, 总 长 60 cm, 有 效 长 度 50 cm; 电 泳 缓 冲 液 为 20 mmol/l 硼 砂 缓 冲 液, 用 草 酸 调 节 ph 为 8.26; 重 力 进 样 模 式, 高 差 16 cm, 进 样 时 间 8 s; 分 离 电 压 20 kv; 实 验 室 温 度 为 25 ; 检 测 波 长 230 nm 将 电 泳 缓 冲 液 的 ph 调 为 7.5, 观 察 分 析 物 迁 移 时 间 和 分 离 度 的 改 变 情 况 4 实 验 结 束 后, 按 要 求 关 好 仪 器 五 结 果 处 理 1 对 标 准 溶 液 系 列 中 的 每 一 个 标 准 溶 液 分 别 进 行 3 次 分 离, 记 录 每 次 分 离 中 苯 甲 酸 和 山 梨 酸 各 自 的 峰 面 积 并 求 平 均 值, 对 该 系 列 各 自 峰 面 积 的 平 均 值 和 浓 度 值 进 行 线 性 回 归, 获 得 各 自 标 准 曲 线 方 程 A i =a i +b i C i 中 的 a i 和 b i, 其 中 i=1 2, 代 表 苯 甲 酸 和 山 梨 酸 该 项 工 作 亦 可 利 用 仪 器 的 功 能 在 仪 器 上 完 成 2 对 测 定 的 样 品 溶 液 分 别 进 行 3 次 分 离, 记 录 每 次 苯 甲 酸 和 山 梨 酸 各 自 的 峰 面 积 并 求 平 均 值, 将 各 值 代 入 各 自 A i =a i +b i C i 中, 得 到 样 品 的 结 果 该 项 工 作 亦 可 利 用 仪 器 的 功 能 在 仪 器 上 完 成 六 注 意 事 项 1 分 离 要 在 基 线 稳 定 条 件 下 进 行, 否 则 峰 面 积 计 算 的 准 确 性 会 受 到 影 响 2 充 气 饮 料 一 定 要 进 行 充 分 脱 气 处 理, 否 则 进 样 后 极 易 在 毛 细 管 中 产 生 气 泡, 导 致 分 离 期 间 毛 细 管 中 电 流 的 中 断 一 旦 出 现 此 种 现 象, 需 重 新 注 样 分 离 七 思 考 题 1 在 毛 细 管 电 泳 中 缓 冲 液 中 的 背 景 电 解 质 为 什 么 要 用 对 ph 具 有 缓 冲 作 用 盐? 2 缓 冲 液 中 背 景 电 解 质 的 浓 度 增 加, 对 分 析 物 的 迁 移 时 间 产 生 何 种 影 响? 3 为 什 么 在 无 液 冷 装 置 的 毛 细 管 电 泳 仪 所 在 工 作 空 间 内 要 控 制 室 温?

77 八 参 考 文 献 1 宋 广 磊. 高 效 毛 细 管 电 泳 法 短 时 内 同 时 测 定 咖 啡 因 山 梨 酸 苯 甲 酸 糖 精 的 含 量 [J]. 食 品 工 业 科 技, 2003, 24(7): 胡 美 珍, 王 文 铮, 张 燕 琴. 毛 细 管 电 泳 法 分 离 测 定 食 品 中 山 梨 酸 苯 甲 酸 糖 精 [J]. 上 海 师 范 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ), 2004, 33(3): 孙 保 国, 侯 鹏 亮, 林 雁 飞. 胶 束 电 动 毛 细 管 电 泳 同 时 测 定 饮 料 中 的 多 种 添 加 剂 [J]. 分 析 科 学 学 报, 1999, 15(2): 王 洪 杰, 翟 翔 天, 宋 风 华. 毛 细 管 电 泳 法 同 时 测 定 4 种 食 品 添 加 剂 [J]. 解 放 军 预 防 医 学 杂 志, 2007, 25(3): 王 咏 梅, 刘 恺, 卢 玉 妹, 霍 莉. 毛 细 管 区 带 电 泳 法 测 定 食 品 中 山 梨 酸 苯 甲 酸 和 糖 精 的 含 量 [J]. 食 品 科 技, 2007, 6:

78 实 验 八 氟 离 子 选 择 性 电 极 法 测 定 自 来 水 中 的 氟 离 子 一 目 的 要 求 1 掌 握 离 子 选 择 电 极 法 的 测 定 原 理 及 实 验 方 法 ; 2 了 解 使 用 总 离 子 强 度 调 节 缓 冲 液 (TISAB) 的 意 义 和 作 用 ; 3 直 观 了 解 离 子 选 择 性 电 极 和 离 子 计 的 结 构 ; 4 学 会 正 确 使 用 氟 离 子 选 择 性 电 极 二 实 验 原 理 饮 用 水 中 的 氟 离 子 在 含 量 过 高 时, 将 会 对 人 体 造 成 一 定 程 度 危 害, 例 如 导 致 氟 斑 牙 氟 骨 病 等 等 我 国 生 活 饮 用 水 水 质 标 准 规 定 其 在 饮 用 水 中 的 含 量 在 0.1 mg/l 以 下 氟 离 子 选 择 电 极 的 氟 化 镧 单 晶 膜 对 氟 离 子 产 生 选 择 性 的 对 数 响 应, 氟 电 极 和 饱 和 甘 汞 电 极 在 被 测 试 液 中, 电 位 差 可 随 溶 液 中 氟 离 子 活 度 的 变 化 而 改 变, 电 位 变 化 规 律 符 合 能 斯 特 (Nernst) 方 程 式 氟 电 极 与 饱 和 甘 汞 电 极 组 成 的 电 池 可 以 表 示 为 : Hg, Hg 2 Cl 2 KCl( 饱 和 ) F - 试 液 LaF 3 (10-3 mol/l), NaF(10-1 mol/l), NaCl(0.1 mol/l) AgCl, Ag 电 池 电 动 势 E 与 氟 离 子 活 度 的 关 系 式 为 : E=K-(2.303RT/F) lga F - 用 离 子 选 择 性 电 极 测 量 的 是 溶 液 中 离 子 活 度, 而 通 常 定 量 分 析 需 要 测 量 的 是 离 子 的 浓 度, 加 入 高 离 子 强 度 的 缓 冲 液, 可 以 维 持 试 液 的 离 子 强 度 恒 定, 氟 离 子 的 活 度 系 数 为 一 定 值, 则 上 述 方 程 可 表 示 为 : E=K -(2.303RT/F) lgc F - K = K+(2.303RT/F) pf 电 动 势 E 与 F - 离 子 浓 度 的 负 对 数 (pf) 成 线 性 关 系 测 定 标 准 溶 液 系 列 的 E, 对 (pf) 回 归 标 准 曲 线, 即 可 由 水 样 测 得 的 E, 从 标 准 曲 线 上 求 得 水 样 中 氟 离 子 浓 度 三 仪 器 与 试 剂 1 仪 器 PXSJ-226 型 离 子 计 ( 上 海 雷 磁 分 析 仪 器 厂 );phs-2 型 酸 度 计 ( 上 海 第 二 分 析 仪 器 厂 ); BS 124S 电 子 分 析 天 平 ( 北 京 赛 多 利 斯 科 学 仪 器 有 限 公 司 ) 2 试 剂 氟 化 钠 硝 酸 钠 盐 酸 二 水 合 柠 檬 酸 钠 均 为 分 析 纯 试 剂

79 四 实 验 步 骤 1 试 剂 配 制 F - 离 子 标 准 储 备 液 : 称 取 g 氟 化 钠 ( 于 120 干 燥 2 h, 干 燥 器 内 冷 却 ), 用 去 离 子 水 溶 解 并 稀 释 至 500 ml, 摇 匀 储 存 于 聚 乙 烯 瓶 中, 此 为 mol/l 的 F - 离 子 标 准 储 备 溶 液 TISAB:: 于 500 ml 烧 杯 中 加 入 200 ml 蒸 馏 水 85 g 硝 酸 钠 和 58.8 g 二 水 合 柠 檬 酸 钠, 待 其 完 全 溶 解 后, 在 ph 计 的 监 测 下, 缓 慢 滴 加 盐 酸, 调 节 溶 液 的 ph 在 之 间, 转 入 1000 ml 容 量 瓶, 用 水 稀 释 至 刻 度 F - 离 子 标 准 使 用 液 : 准 确 移 取 F - 标 准 储 备 液 10 ml 置 于 100 ml 的 容 量 瓶 中, 加 入 TISAB 20 ml, 用 蒸 馏 水 稀 释 至 100 ml, 此 即 pf=2.00 的 F - 离 子 标 准 使 用 液 2 标 准 溶 液 系 列 和 样 品 制 备 标 准 溶 液 系 列 制 备 : 准 确 移 取 pf=2.00 的 F - 标 准 液 10 ml 置 于 100 ml 的 容 量 瓶 中, 加 入 TISAB 18 ml, 用 蒸 馏 水 稀 释 至 100 ml, 得 pf=3.00 的 F - 离 子 标 准 溶 液, 依 照 该 步 骤, 分 别 配 置 pf= 的 氟 离 子 标 准 溶 液 样 品 制 备 : 移 取 80 ml 自 来 水 置 于 100 ml 容 量 瓶 中, 加 入 TISAB 20.0 ml, 用 去 离 子 水 稀 释 至 刻 度 3 测 定 将 氟 电 极 和 甘 汞 电 极 接 好, 开 通 电 源, 预 热 取 去 离 子 水 ml 至 100 ml 的 烧 杯 中, 放 入 搅 拌 子, 将 电 极 放 入 烧 杯 中 开 启 搅 拌 器, 直 到 读 数 至 其 空 白 电 位 达 320 mv 左 右 将 配 制 好 的 F - 标 准 溶 液 系 列 从 低 浓 度 到 高 浓 度 分 别 转 入 干 净 的 小 烧 杯 中, 将 电 极 及 搅 拌 子 放 入 烧 杯, 开 动 搅 拌 器, 在 适 当 速 度 搅 拌 1~3 min, 待 离 子 计 所 显 示 的 电 位 稳 定 后, 读 数 并 记 录 用 同 样 条 件 测 定 样 品 溶 液, 记 录 样 品 数 据 4 实 验 结 束 后, 按 要 求 关 好 仪 器 五 结 果 处 理 1 对 该 系 列 的 电 位 值 和 pf 值 进 行 线 性 回 归, 获 得 标 准 曲 线 方 程 pf=a+bc 中 的 a 和 b 2 对 测 定 的 样 品 溶 液 的 pf 值, 将 该 值 代 入 pf=a+bc 中, 得 到 样 品 的 pf 结 果 六 注 意 事 项 1 测 量 过 程 中 要 注 意 观 察 每 次 电 极 插 入 溶 液 后 是 否 在 电 极 表 面 上 产 生 气 泡 附 着, 它 会 造 成 仪 器 电 位 值 不 准 遇 此 情 况 要 重 新 插 入 电 极, 直 至 气 泡 消 失 七 思 考 题 什 么? 1 在 电 极 插 入 溶 液 后, 如 果 电 极 表 面 上 产 生 气 泡 附 着, 将 会 造 成 仪 器 电 位 值 不 准, 为

80 八 参 考 文 献 1 城 乡 建 设 环 境 保 护 部 环 境 保 护 局 环 境 监 测 分 析 方 法 编 写 组. 环 境 监 测 分 析 方 法 [M]. 北 京 : 中 国 环 境 科 学 出 版 社, 1986.

81 植 物 生 理 学 实 验 指 导 书 食 品 与 生 物 工 程 学 院 生 物 技 术 系 伍 娟 编 江 苏 大 学 教 材 科

82 实 验 一 植 物 根 系 活 力 的 测 定 (α- 萘 胺 氧 化 法 ) 一 实 验 原 理 植 物 根 系 能 氧 化 ɑ- 萘 胺, 生 成 红 色 的 ɑ- 羟 基 -1- 萘 胺, 并 沉 淀 于 有 氧 化 能 力 的 根 表 面, 使 这 部 分 根 染 成 红 色 根 对 ɑ- 萘 胺 的 氧 化 能 力 与 其 呼 吸 强 度 有 密 切 联 系 日 本 人 相 见 松 中 认 为 ɑ- 萘 胺 氧 化 的 本 质 就 是 过 氧 化 物 酶 的 作 用, 该 酶 的 活 力 越 强, 对 ɑ- 萘 胺 的 氧 化 力 也 越 强, 染 色 也 越 深 所 以 既 可 根 据 根 系 表 面 着 色 深 浅, 定 性 观 察 并 判 断 根 系 活 力 大 小, 也 可 通 过 测 定 溶 液 中 未 被 氧 化 的 ɑ- 萘 胺 的 量, 以 定 量 测 定 根 系 活 力 ɑ- 萘 胺 在 酸 性 环 境 中 可 与 对 氨 基 苯 磺 酸 和 亚 硝 酸 盐 作 用 生 成 稳 定 的 红 色 偶 氮 染 料 生 成 的 红 色 偶 氮 化 合 物 在 ph7.0 时 在 510nm 处 有 最 大 吸 收 峰, 可 用 分 光 光 度 法 测 定 光 吸 收 值, 从 而 利 用 此 反 应 来 测 定 溶 液 中 ɑ- 萘 胺 的 量 二 材 料 与 用 品 1 分 光 光 度 计 分 析 天 平 三 角 烧 瓶 量 筒 移 液 管 剪 刀 玻 棒 2 ɑ- 萘 胺 溶 液 : 称 取 10mg ɑ- 萘 胺 放 在 烧 杯 中, 先 用 2mL 左 右 95% 酒 精 溶 解, 然 后 加 水 定 容 到 200mL, 成 50ug/mL 的 溶 液 另 取 150mL 50ug/mL 溶 液 加 水 定 容 至 300mL, 成 25ug/mL 的 ɑ- 萘 胺 溶 液 3 0.1mol/L 磷 酸 缓 冲 液,pH % 对 氨 基 苯 磺 酸 溶 液 ( 将 1g 对 氨 基 苯 磺 酸 溶 解 于 100mL30% 乙 酸 溶 液 中 ) 5 亚 硝 酸 钠 溶 液 (10mg 亚 硝 酸 钠 溶 于 100mL 水 中 ) 三 方 法 与 步 骤 1 取 50ug/ml 的 ɑ- 萘 胺 和 磷 酸 缓 冲 液 各 25ml, 在 三 角 瓶 中 混 匀 将 根 系 洗 净 吸 干, 取 1-2g 浸 入 三 角 瓶 ( 用 玻 璃 棒 将 根 完 全 浸 入 溶 液 中 ) 同 样 取 ɑ- 萘 胺 与 磷 酸 缓 冲 液 各 25ml 于 另 一 三 角 瓶, 不 放 根 系 作 为 对 照 静 置 10min 后, 两 瓶 各 取 2ml 溶 液 然 后 按 照 步 骤 3 进 行 第 一 次 测 定, 作 为 实 验 开 始 时 的 数 值 2 将 两 个 三 角 瓶 封 口 置 于 25 恒 温 箱, 经 3h 后, 各 取 2ml, 再 按 照 步 骤 3 做 第 二 次 测 定 不 放 根 的 作 为 空 白 对 照, 求 ɑ- 萘 胺 自 动 氧 化 量 的 数 值 3 取 2ml 培 养 液 加 入 10ml 蒸 馏 水, 混 匀 后 顺 次 加 入 1mL 1% 对 氨 基 苯 磺 酸 和 1ml 亚 硝 酸 钠 溶 液 混 合 均 匀 之 后, 在 室 温 中 放 置 5min, 观 察 颜 色 变 化 待 混 合 液 变 成 红 色, 在 再 定 容 至 25ml 在 20-60min 内 在 波 长 510nm 处 测 OD 值 4 作 标 准 曲 线 : 以 50ug/mLɑ- 萘 胺 为 母 液, 配 制 50,40,30,20,10,5,0 ug/ml 的 溶 液 各 10mL, 各 取 2mL 按 步 骤 3 反 应, 测 OD 值, 以 OD 值 为 纵 坐 标, 浓 度 为 横 坐 标 做 标 准 曲 线, 并 计 算 回 归 方 程 5 在 标 准 曲 线 上 查 得 或 按 回 归 方 程 计 算 出 相 应 的 ɑ- 萘 胺 浓 度 从 实 验 开 始 10min 时 的 数 值 减 去 自 动 氧 化 的 数 值, 即 为 溶 液 中 所 有 的 未 被 氧 化 ɑ- 萘 胺 的 量 再 减 去 试 验 结 束 时 α - 萘 胺 含 量, 即 得 试 验 其 间 为 根 系 所 氧 化 的 α- 萘 胺 量 被 氧 化 的 ɑ- 萘 胺 的 量 以 ug/(g h)

83 表 示 四 结 果 分 析 1. 根 据 根 系 表 面 着 色 深 浅, 定 性 观 察 并 判 断 根 系 活 力 大 小 2. 测 定 溶 液 中 未 被 氧 化 的 ɑ- 萘 胺 的 量 ug/(g h) 及 根 系 所 氧 化 的 ɑ- 萘 胺 的 量, 定 量 测 定 根 系 活 力 按 下 列 公 式 计 算 α- 萘 胺 的 氧 化 强 度, 求 出 根 活 力 大 小 α- 萘 胺 的 氧 化 强 度 (μg g -1 h -1 )= 25 x w t 式 中 :x 氧 化 的 α- 萘 胺 浓 度 (μg. ml -1 ); 25 样 品 中 被 还 原 的 α- 萘 胺 定 容 的 量 (ml); w 样 品 鲜 重 (g); t 氧 化 的 时 间 (h) 3h 注 意 记 录 α- 萘 胺 的 氧 化 时 间,α- 萘 胺 溶 液 尽 量 现 配 现 用 思 考 : 1. 除 了 α- 萘 胺 氧 化 法, 还 有 哪 些 方 法 可 以 用 来 测 定 植 物 根 系 活 力? 2. 在 此 实 验 过 程 中 为 了 得 到 较 好 的 实 验 数 据, 你 认 为 需 要 注 意 哪 些 问 题?

84 实 验 二 叶 绿 素 含 量 的 测 定 一 实 验 原 理 叶 绿 素 提 取 液 中 同 时 含 有 Chla 和 Chlb, 二 者 的 吸 收 光 谱 虽 有 不 同, 但 又 存 在 着 明 显 的 重 叠, 在 不 分 离 Chla 和 Chlb 的 情 况 下 同 时 测 定 Chla 和 Chlb 的 浓 度, 可 分 别 测 定 在 663nm 和 645nm( 分 别 是 Chla 和 Chlb 在 红 光 区 的 吸 收 峰 ) 的 光 吸 收, 然 后 根 据 Lambert-Beer 定 律, 计 算 出 提 取 液 中 Chla 和 Chlb 的 浓 度 A 663 =82.04C a +9.27C b (1) A 645 =16.75C a C b (2) 公 式 中 Ca 为 Chla 的 浓 度,Cb 为 Chlb 浓 度 ( 单 位 为 g/l),82.04 和 9.27 分 别 是 Chla 和 Chlb 在 663nm 下 的 比 吸 收 系 数 ( 浓 度 为 1g/L 光 路 宽 度 为 1cm 时 的 吸 光 度 植 );16.75 和 分 别 是 Chla 和 Chlb 在 645nm 下 的 比 吸 收 系 数 即 混 合 液 在 某 一 波 长 下 的 光 吸 收 等 于 各 组 分 在 此 波 长 下 的 光 吸 收 之 和 将 上 式 整 理, 可 以 得 到 下 式 : C a /(g/l)=0.0127a A 645 (3) C b /(g/l)=0.0229a A 663 (4) 将 叶 绿 素 的 浓 度 单 位 改 为 mg/l, 则 上 式 变 为 : C a /(mg/l)=12.7a A 645 (5) C b /(mg/l)=22.9a A 663 (6) C t = C a + C b = 8.02A A 645 (7) C t 为 叶 绿 素 的 总 浓 度 二 材 料 和 用 品 1 绿 色 植 物 型 分 光 光 度 计 天 平 剪 刀 研 钵 移 液 管 漏 斗 量 筒 培 养 皿 滤 纸 ; 3 丙 酮 石 英 砂 CaCO 3 三 方 法 与 步 骤 1. 取 新 鲜 植 物 叶 片 ( 或 其 它 绿 色 组 织 ), 擦 净 组 织 表 面 污 物, 剪 碎 ( 去 掉 中 脉 ), 混 匀 2. 称 取 剪 碎 的 新 鲜 样 品 0.5g, 共 3 份, 分 别 放 入 研 钵 中, 加 少 量 石 英 砂 和 碳 酸 钙 粉 及 5ml 80 % 丙 酮, 仔 细 研 成 均 浆 静 置 3~5min 3. 取 滤 纸 1 张, 置 漏 斗 中, 用 丙 酮 湿 润, 沿 玻 棒 把 提 取 液 倒 入 漏 斗 中, 过 滤 到 10ml 量 筒 中, 用 少 量 丙 酮 冲 洗 研 钵 研 棒 及 残 渣 数 次, 最 后 连 同 残 渣 一 起 倒 入 漏 斗 中 用 滴 管 吸 取 丙 酮, 将 滤 纸 上 的 叶 绿 体 色 素 全 部 洗 入 量 筒 中, 直 至 滤 纸 和 残 渣 中 无 绿 色 为 止, 最 后 用 丙 酮 定 容 至 10ml, 摇 匀 4. 液 管 小 心 抽 取 5mL 转 入 25mL 量 筒 中, 再 加 入 80% 丙 酮 定 容 之 至 25mL( 最 终 植 物 材 料 与 提 取 液 的 比 例 为 W:V=0.5:50=1:100, 叶 色 深 的 植 物 材 料 比 例 要 稀 释 到 1:200)

85 5. 把 叶 绿 体 色 素 提 取 液 倒 入 光 径 1cm 的 比 色 杯 内 以 80% 丙 酮 为 空 白, 在 波 长 663nm 645nm 下 测 定 吸 光 度 四 结 果 分 析 将 测 得 的 数 值 代 入 公 式 (5) (6) (7) 中, 计 算 出 Chla Chlb 和 总 叶 绿 素 的 浓 度 最 后 计 算 出 单 位 鲜 重 植 物 材 料 中 叶 绿 素 的 含 量 Chla 含 量 /(mg/gfw) = Ca 50ml( 总 体 积 数 ) 1ml 1000ml/L 0.5g = 0.1C a Chlb 含 量 /(mg/gfw) = 0.1 C b 总 叶 绿 素 含 量 /(mg/gfw) = 0.1C t 思 考 : 1. 叶 绿 素 在 蓝 光 区 的 吸 收 峰 高 于 红 光 区 的 吸 收 峰, 为 何 不 用 蓝 光 区 的 光 吸 收 来 测 定 叶 绿 素 的 含 量? 2. 计 算 Chl a 和 Chl b 含 量 的 比 值, 可 以 得 到 什 么 结 论?

86 实 验 三 赤 霉 素 对 a- 淀 粉 酶 的 诱 导 形 成 一 实 验 原 理 淀 粉 性 种 子 在 萌 动 过 程 中, 胚 释 放 出 来 的 赤 霉 素 能 扩 散 到 糊 粉 层 细 胞, 刺 激 其 合 成 或 激 活 α- 淀 粉 酶, 并 分 泌 到 胚 乳 中 催 化 淀 粉 水 解 为 糖 因 此, 无 胚 种 子 不 能 释 放 GA 3, 也 不 能 形 成 与 激 活 α- 淀 粉 酶 外 加 的 GA 3 也 可 代 替 胚 的 释 放 作 用, 从 而 诱 导 α- 淀 粉 酶 的 合 成 在 一 定 范 围 内, 由 去 胚 的 吸 胀 种 子 产 生 的 还 原 糖 量, 与 外 加 GA 3 浓 度 的 对 数 成 正 比, 由 此 可 说 明 GA 3 对 a- 淀 粉 酶 的 诱 导 形 成 通 过 碘 试 法 比 色 测 定 淀 粉 在 酶 催 化 反 应 过 程 中 的 消 耗 量, 可 以 定 量 分 析 α- 淀 粉 酶 的 活 力 二 材 料 和 用 品 ( 一 ) 材 料 : 大 麦 ( 或 小 麦 ) 种 子 ( 二 ) 仪 器 设 备 : 分 光 光 度 计 ;2. 恒 温 箱 ;3. 水 浴 锅 ;4. 移 液 管 ;5. 烧 杯 ;6. 试 管 ; 7. 青 霉 素 小 瓶 ;8. 镊 子 ;9. 刀 片 ( 三 ) 试 剂 : 1 1% 次 氯 酸 钠 溶 液 ; 2 0.1% 淀 粉 溶 液 : 淀 粉 1g,KH 2 PO g, 用 蒸 馏 水 配 成 1000mL; 以 0.1% 淀 粉 磷 酸 盐 溶 液 为 母 液, 分 别 配 制 μg/mL 的 淀 粉 溶 液 ( 将 1g 可 溶 性 淀 粉 用 少 量 蒸 馏 水 搅 动 调 成 糊 状, 缓 慢 倒 入 沸 腾 的 500mL 蒸 馏 水 中, 搅 动 煮 沸 1min 使 其 溶 解, 冷 却 至 室 温 ;8.16g KH 2 PO 4 用 200mL 水 溶 解 成 溶 液 ; 将 两 溶 液 混 合 加 水 定 容 至 1000mL ) mol/l 赤 霉 素 溶 液 : 赤 霉 素 6.8mg 溶 于 少 量 95% 乙 醇 中, 再 配 成 1000mL 然 后 稀 释 成 mol/l mol/l mol/l; mol/l 醋 酸 缓 冲 液 ;ph4.8: 取 2mL 0.2mol/L 的 醋 酸 (11.55mL 冰 醋 酸 稀 释 至 1000mL) 3mL 0.2 mol/l 的 醋 酸 钠 (16.4g 无 水 醋 酸 钠 配 成 1000mL) 和 1g 链 霉 素, 定 容 至 1000mL, 每 ml 缓 冲 液 中 含 链 霉 素 1mg 5. I 2 -KI 溶 液 :0.6gKI,0.06gI 2 溶 于 1000mL 0.05mol/L HCl 中 三 方 法 与 步 骤 1. 选 取 大 小 一 致 健 康 的 大 麦 种 子 50 粒, 用 刀 片 将 每 粒 种 子 横 切 成 两 半, 使 成 无 胚 的 半 粒 和 有 胚 的 半 粒, 分 别 置 于 新 配 制 的 1% 次 氯 酸 钠 溶 液 中, 消 毒 15min, 取 出 用 无 菌 水 冲 洗 3 次 以 上, 备 用 2. 取 小 瓶 6 只 编 好 号 码, 按 下 表 加 入 各 种 溶 液 和 材 料 : 赤 霉 素 溶 液 瓶 号 含 链 霉 素 醋 酸 缓 冲 液 (ml) 试 验 材 料 浓 度 (mol/l) ml 个 无 胚 半 粒 个 有 胚 半 粒

87 个 无 胚 半 粒 个 无 胚 半 粒 个 无 胚 半 粒 个 无 胚 半 粒 使 小 瓶 中 的 混 合 液 中 各 物 质 的 最 后 浓 度, 赤 霉 素 分 别 为 mol/l, 醋 酸 缓 冲 液 强 度 为 mol/l, 链 霉 素 含 量 为 0.5mg/mL 于 25 下 培 养 24 小 时 ( 最 好 进 行 振 荡 培 养, 如 无 条 件, 则 必 须 经 常 摇 动 小 瓶 ) 3. 淀 粉 酶 活 性 分 析 : 从 每 个 小 瓶 中 吸 取 培 养 液 0.2mL, 分 别 置 于 事 先 盛 有 1.8mL 淀 粉 磷 酸 盐 溶 液 的 试 管 中, 摇 匀, 在 30 温 箱 或 水 浴 中 精 确 保 温 10min ( 用 滴 管 各 取 出 1 滴 反 应 液 于 白 瓷 板 的 6 个 穴 中, 滴 加 1 滴 I 2 -KI, 观 察 显 色 情 况, 比 较 各 穴 中 颜 色 的 差 异 若 用 白 瓷 板 显 色 时 差 异 尚 不 明 显, 则 延 长 保 温 时 间, 直 至 白 瓷 板 上 有 显 色 差 异 为 止 若 有 显 色 差 异 ) 则 取 出 试 管 各 加 I 2 -KI 溶 液 2mL, 蒸 馏 水 5mL, 充 分 摇 匀, 于 波 长 580nm 下 测 定 吸 光 度, 以 蒸 馏 水 为 空 白 校 正 仪 器 零 点 读 数, 从 标 准 曲 线 查 得 淀 粉 含 量, 以 被 分 解 的 淀 粉 量 作 为 淀 粉 酶 的 活 性 4. 各 取 不 同 浓 度 ( μg/mL) 淀 粉 溶 液 2 ml, 各 加 I 2 -KI 溶 液 2 ml 蒸 馏 水 5 ml, 充 分 摇 匀, 并 于 580nm 处 测 定 OD 值 ( 以 蒸 馏 水 作 空 白 对 照 ) 以 淀 粉 浓 度 为 横 坐 标,OD 值 为 纵 坐 标 绘 制 标 准 曲 线, 或 直 接 计 算 直 线 回 归 方 程 四 结 果 分 析 绘 制 赤 霉 素 浓 度 与 淀 粉 酶 活 性 关 系 曲 线, 淀 粉 酶 活 性 以 被 水 解 淀 粉 的 含 量 表 示 第 1 瓶 为 淀 粉 的 原 始 量 (X), 第 2 瓶 为 带 胚 半 粒 种 子 反 应 后 淀 粉 的 剩 余 量 (Y), 第 3~6 瓶 为 无 胚 半 粒 种 子 加 入 不 同 浓 度 赤 霉 素 溶 液 反 应 后 淀 粉 的 剩 余 量 (Y) 被 水 解 淀 粉 的 含 量 (%)=[(X-Y)/X] 100 以 被 水 解 的 淀 粉 量 衡 量 淀 粉 酶 活 性 大 小, 绘 制 赤 霉 素 浓 度 与 淀 粉 酶 关 系 曲 线, 并 解 释 实 验 结 果 思 考 : 从 各 号 瓶 内 分 解 淀 粉 的 能 力, 分 析 不 同 浓 度 的 赤 霉 素 对 a- 淀 粉 酶 形 成 的 诱 导 作 用 (1) 实 验 中 为 何 要 用 1% 次 氯 酸 钠 溶 液 处 理 小 麦 种 子? 为 何 要 在 醋 酸 缓 冲 液 中 加 入 链 霉 素? (2) 本 实 验 为 何 要 将 小 麦 种 子 分 成 有 胚 和 无 胚 的 半 粒? 为 何 1 号 和 2 号 瓶 中 都 没 有 加 入 赤 霉 素 溶 液, 但 反 应 完 后 两 者 溶 液 的 吸 光 值 却 不 同?

88 实 验 四 种 子 发 芽 率 的 快 速 测 定 种 子 发 芽 率 是 指 在 最 适 宜 条 件 下, 在 规 定 天 数 内, 发 芽 的 种 子 占 供 试 种 子 的 百 分 数 它 是 决 定 种 子 品 质 和 实 用 价 值 大 小 的 主 要 依 据, 与 播 种 的 用 种 量 直 接 有 关 但 是 常 规 方 法 ( 直 接 发 芽 ) 测 定 发 芽 率 所 需 时 间 较 长, 特 别 是 有 时 为 了 应 急 需 要, 没 有 足 够 的 时 间 来 测 定 发 芽 率, 遇 到 休 眠 种 子 也 无 法 知 道 快 速 测 定 法 则 能 在 较 短 时 间 内 获 得 结 果 I 氯 化 三 苯 四 氮 唑 法 (TTC 法 ) 一 实 验 原 理 凡 有 生 命 活 力 的 种 子 胚 部, 在 呼 吸 作 用 过 程 中 都 有 氧 化 还 原 反 应, 而 无 生 命 活 力 的 种 胚 则 无 此 反 应 当 TTC 渗 入 种 胚 的 活 细 胞 内, 并 作 为 氢 受 体 被 脱 氢 辅 酶 (NADH2 或 NADPH2) 上 的 氢 还 原 时, 便 由 无 色 的 TTC 变 为 红 色 的 三 苯 基 甲 (TTE) 二 材 料 和 用 品 恒 温 箱 烧 杯 培 养 皿 镊 子 刀 片 天 平 0.5%TTC 溶 液 : 称 取 0.5gTTC 放 在 烧 杯 中, 加 入 少 许 95% 乙 醇 使 其 溶 解, 然 后 用 蒸 馏 水 稀 释 至 100ml 溶 液 避 光 保 存, 若 变 红 色, 即 不 能 再 用 三 方 法 与 步 骤 1. 浸 种 将 待 测 种 子 在 温 水 中 浸 种 ( 大 麦 小 麦 籼 谷 6 8 小 时, 玉 米 5 小 时 左 右, 粳 谷 2 小 时 ), 以 增 强 种 胚 的 呼 吸 强 度, 使 显 色 迅 速 2. 显 色 取 吸 胀 的 种 子 200 粒, 用 刀 片 沿 种 子 胚 的 中 心 线 纵 切 为 二 半, 将 其 中 的 一 半 置 于 2 只 培 养 皿 中, 每 皿 100 个 半 粒, 加 入 适 量 的 0.5%TTC, 以 覆 盖 种 子 为 度 然 后 置 于 30 恒 温 箱 中 小 时 观 察 结 果, 凡 胚 被 染 为 红 色 的 是 活 种 子 将 另 一 半 在 沸 水 中 煮 5 分 钟 杀 死 胚, 作 同 样 染 色 处 理, 作 为 对 照 观 察 3. 计 算 活 种 子 的 百 分 率, 如 果 可 能 的 话 与 实 际 发 芽 率 作 一 比 较, 看 是 否 相 符? 统 计 : 染 色 结 束 后 要 立 即 进 行 鉴 定, 因 放 置 太 久 会 褪 色 倒 出 TTC 溶 液, 再 用 清 水 将 种 子 冲 洗 l~2 次, 观 察 种 胚 被 染 色 的 情 况 凡 种 胚 全 部 或 大 部 分 被 染 成 红 色 的 即 为 具 有 生 活 力 的 种 子, 种 胚 不 被 染 色 的 为 死 种 子 如 果 种 胚 中 非 关 键 性 部 位 ( 如 子 叶 的 一 部 分 ) 被 染 色, 而 胚 根 或 胚 芽 的 尖 端 不 染 色, 都 属 于 不 能 正 常 发 芽 的 种 子

89 II 红 墨 水 染 色 法 一 实 验 原 理 凡 生 活 细 胞 的 原 生 质 膜 具 有 选 择 性 吸 收 物 质 的 能 力, 而 死 的 种 胚 细 胞 原 生 质 膜 丧 失 这 种 能 力 一 般 染 料 不 是 细 胞 生 活 所 需 要 的 物 质, 因 而 不 能 进 入 生 活 细 胞 内 有 生 活 力 的 种 子, 胚 部 细 胞 不 让 染 料 进 入, 因 而 不 被 染 色 ; 而 丧 失 生 活 力 的 种 子, 其 胚 部 细 胞 原 生 质 膜 丧 失 了 选 择 透 性, 染 料 可 自 由 进 入 细 胞 内, 从 而 使 胚 部 染 色 因 此, 可 根 据 种 胚 是 否 被 染 色 来 判 断 种 子 的 活 力 二 材 料 和 用 品 恒 温 箱 烧 杯 培 养 皿 镊 子 刀 片 天 平 红 墨 水 三 方 法 与 步 骤 1. 浸 种 同 上 述 TTC 法 2. 染 色 取 吸 胀 的 种 子 200 粒, 用 刀 片 沿 种 子 胚 的 中 心 线 纵 切 为 二 半, 将 其 中 的 一 半 置 于 2 只 培 养 皿 中, 每 皿 100 个 半 粒, 加 入 5% 红 墨 水 (5mL 红 墨 水, 加 水 定 容 至 100mL)( 以 淹 没 种 子 为 度 ), 染 色 5-10min( 温 度 高 时 间 可 短 些 ) 染 色 后 倒 去 红 墨 水, 用 水 冲 洗 多 次, 至 冲 洗 也 无 色 为 止 检 查 种 子 死 活, 凡 种 胚 不 着 色 或 着 色 很 浅 的 为 活 种 子 ; 凡 胚 与 胚 乳 着 色 程 度 相 同 的 为 死 种 子 可 用 沸 水 杀 死 种 子 作 对 照 观 察 3. 计 数 种 胚 不 着 色 或 着 色 浅 的 种 子 数, 算 出 发 芽 率 思 考 : 3. 就 你 所 知 还 有 哪 些 快 速 方 法, 可 以 测 定 种 子 的 发 芽 率? 4. 比 较 这 两 种 方 法, 测 定 结 果 是 否 相 同? 为 什 么?

90 实 验 五 植 物 缺 水 程 度 的 鉴 定 ( 脯 氨 酸 法 ) 一 实 验 原 理 当 植 物 缺 水 时 体 内 的 脯 氨 酸 含 量 增 加 植 物 体 内 脯 氨 酸 含 量 在 一 定 程 度 上 反 映 了 植 株 体 内 的 水 分 情 况, 因 而 可 以 作 为 植 物 缺 水 情 况 的 参 数 指 标 用 人 造 沸 石 (Permutit) 在 ph1 7 范 围 内 振 荡 溶 液, 可 除 去 干 扰 的 氨 基 酸 或 使 不 与 茚 三 酮 反 应 ( 如 甘 氨 酸 谷 氨 酸 天 冬 氨 酸 丙 氨 酸 缬 氨 酸 胱 氨 酸 苯 丙 氨 酸 精 氨 酸 等 ) 脯 氨 酸 与 茚 三 酮 试 剂 呈 显 色 反 应, 其 含 量 与 色 度 呈 正 相 关, 可 用 分 光 光 度 计 测 定, 该 方 法 有 专 一 性 二 材 料 和 用 品 721 分 光 光 度 计, 烧 杯, 水 浴 锅, 离 心 机, 移 液 管, 研 钵, 容 量 瓶, 具 塞 试 管, 冰 醋 酸, 80% 乙 醇, 脯 氨 酸, 人 造 沸 石 茚 三 酮 试 剂 :2.50g 茚 三 酮 于 60ml 冰 醋 酸 和 40ml 6mol/L 磷 酸 中, 加 热 (70 ) 溶 解, 使 用 前 再 配 三 方 法 与 步 骤 1 绘 制 标 准 曲 线 取 脯 氨 酸 溶 于 80% 乙 醇 中, 然 后 稀 释 成 下 列 浓 度 : ug/ml 分 别 取 标 准 液 2mL, 冰 醋 酸 2ml, 茚 三 酮 试 剂 2ml 加 入 试 管 中, 用 橡 皮 塞 塞 紧, 于 沸 水 浴 中 加 热 15 分 钟 在 分 光 光 度 计 ( 波 长 515nm 下 进 行 比 色 测 定, 以 浓 度 0 为 空 白 对 照, 将 测 定 结 果 以 脯 氨 酸 浓 度 为 横 坐 标, 以 光 密 度 为 纵 坐 标 作 标 准 曲 线 2 植 株 样 品 液 的 提 取 选 取 植 株 功 能 叶 片 2g, 用 3m1 80% 乙 醇 研 磨 ( 放 少 许 石 英 砂 ) 成 浆 状 用 80% 乙 醇 洗 研 钵, 将 提 取 物 和 洗 液 置 于 试 管 中 80% 乙 醇 总 量 为 10ml 加 盖 置 于 黑 暗 中 室 温 下 提 取 24 小 时 将 提 取 液 放 在 有 活 性 碳 的 滤 纸 上 过 滤, 重 复 过 滤 一 次, 除 去 色 素 和 残 渣, 将 提 取 液 置 于 试 管 中, 加 其 重 量 1/5 的 人 造 沸 石 强 烈 振 荡 5 分 钟, 将 上 层 液 用 离 心 机 离 心 10 分 钟, 取 上 清 液 备 用 3 样 品 液 的 测 定 将 离 心 后 所 得 到 的 上 清 液, 取 2ml 置 于 试 管 中, 再 加 入 2ml 冰 醋 酸 和 2ml 茚 三 酮 试 剂, 加 盖 密 封, 在 沸 水 浴 上 加 热 15 分 钟, 用 3ml 80% 乙 醇 代 替 样 品 液 作 为 对 照, 在 分 光 光 度 计 515nm 波 长 下 进 行 比 色 测 定, 从 标 准 曲 线 上 求 出 样 品 溶 液 中 脯 氨 酸 含 量 四 结 果 分 析 计 算 所 测 材 料 脯 氨 酸 含 量 思 考 : 为 什 么 植 物 在 干 旱 条 件 下 脯 氨 酸 含 量 会 增 高?

91 植 物 组 织 培 养 实 验 指 导 书 食 品 与 生 物 工 程 学 院 生 物 技 术 系 伍 娟 编 江 苏 大 学 教 材 科

92 实 验 一 实 验 室 基 本 设 备 及 其 用 途 的 识 别 一 目 的 认 识 植 物 组 织 培 养 实 验 室 的 基 本 结 构, 必 需 的 基 本 设 备 及 其 用 途 与 作 用 方 法 二 实 验 室 的 基 本 结 构 ( 一 ) 化 学 实 验 室 ( 工 作 室 ) 培 养 基 药 品 称 量 配 制 分 装 灭 菌 ; 材 料 预 处 理 ; 培 养 材 料 的 观 察 分 析 ; 制 蒸 馏 水 设 备 药 柜 工 作 台 蒸 馏 水 器 天 平 冰 箱, 手 提 高 压 消 毒 锅 显 微 镜 解 剖 镜 各 种 玻 璃 仪 器 金 属 仪 器 等 安 装 水 电 排 气 等 装 置 ( 二 ) 接 种 室 1 无 菌 操 作 室 2 接 种 箱 3 超 净 工 作 台 ( 三 ) 培 养 室 ( 四 ) 洗 涤 消 毒 室 ; 卧 式 高 压 消 毒 锅 ( 五 ) 温 室 ( 培 养 大 棚 )

93 实 验 二 一 配 制 二 三 目 的 常 用 仪 器 必 要 器 皿 几 种 主 要 设 备 的 使 用 方 法 常 用 几 种 药 剂 的 配 制 认 识 植 物 组 织 培 养 必 需 的 仪 器 器 皿, 几 种 主 要 设 备 的 使 用 方 法 常 用 几 种 药 剂 的 常 用 仪 器 1. 蒸 馏 水 器 ( 学 习 操 作 ) 2. 手 提 式 高 压 消 毒 锅 卧 式 高 压 消 毒 锅 ( 学 习 使 用 操 作 ) 3. 天 平 ⑴ 药 物 天 平 ( 工 业 天 平 ) 粗 天 平 ( 精 密 度 1/10) ⑵ 分 析 天 平 ( 精 密 度 1/10000) 4. 超 净 工 作 台 ( 学 习 使 用 操 作 ) 5. 电 热 干 燥 箱 ( 烘 箱 ) 6. 恒 温 光 照 培 养 箱 ( 学 习 操 作 ) 7. 电 冰 箱 8. 显 微 镜 和 解 剖 镜 1 手 提 式 解 剖 镜 ( 学 习 使 用 操 作 ) 2 立 体 解 剖 镜 3 普 通 显 微 镜 9. 旋 转 培 养 机 10. 离 心 机 ( 学 习 使 用 操 作 ) 11. 酸 度 测 定 仪 :⑴ 精 密 PH4-7 试 纸 ;⑵ 笔 型 袖 珍 酸 度 计 ( 学 习 使 用 操 作 ) 必 要 的 器 皿 ( 一 ) 玻 璃 器 皿 1. 培 养 器 皿 1 试 管 2 三 角 烧 瓶 ( 锥 形 瓶 ) 3 圆 形 高 形 培 养 瓶 ( 罐 头 瓶 ) 4 培 养 皿 5 扁 身 培 养 瓶 6 L 型 和 T 型 管 7 凹 面 载 玻 片 2. 盛 装 器 皿

94 1 试 剂 瓶 2 烧 杯 3. 计 量 器 皿 1 量 筒 2 容 量 瓶 3 吸 管 4. 其 它 器 皿 滴 瓶 称 量 瓶 漏 斗 玻 璃 管 注 射 器 等 实 验 室 常 用 器 皿 ( 二 ) 金 属 器 械 1. 镊 子 类 cm 长 型 镊 子 ( 接 种 或 转 移 愈 伤 组 织 ) 2 尖 端 弯 曲 枪 型 镊 子 ( 镊 取 较 小 的 植 物 组 织 ) 3 尖 头 钟 表 镊 子 和 鸭 嘴 镊 子 ( 剥 离 表 皮 用 ) 4 尖 端 为 小 铲 状 镊 子 ( 挖 取 带 琼 脂 培 养 基 的 培 养 物 ) 2. 解 剖 刀 和 刀 类 1 眼 科 用 刀 种 牛 痘 疫 苗 的 菱 形 刀 ( 切 割 柔 软 组 织 中 小 细 胞 团 ) 2 解 剖 刀 ( 手 术 刀 ) 3 双 面 刀 片 焊 接 在 玻 棒 上 ( 切 取 茎 尖 用 ) 4 锋 利 小 刀 大 刀 和 小 铁 锹 3. 剪 刀 类 1 解 剖 剪 2 眉 剪 3 眼 科 剪 cm 弯 头 剪 5 俢 枝 剪 4. 接 种 针 四 几 种 常 用 药 剂 的 配 制 ( 一 ) 用 95% 尝 试 酒 精 配 比 不 同 浓 度 的 酒 精 的 配 制 学 习 配 制 70% 和 75% 酒 精 ( 二 ) 消 毒 剂 1. 20% 次 氯 酸 钠 溶 液 称 取 20g 次 氯 酸 钠 用 少 许 水 溶 解,100ml 水 定 容 % 升 汞 (HgCl 2 ) 溶 液 称 取 0.1g HgCl 2 少 许 水 溶 解,100ml 水 定 容 ( 三 ) 洗 涤 剂 1. 2HCl 酒 精 95% 酒 精 100ml 加 入 2mlHCl 2. 硫 酸 - 重 铬 酸 钾 洗 液 称 取 10g 重 铬 酸 钾 加 入 蒸 馏 水 90ml, 加 热 溶 解 冷 却 后, 逐 渐 加 入 浓 硫 酸 175ml, 放 入 棕 色 玻 璃 瓶 备 用,( 注 意 : 切 记 不 可 将 盛 过 洒 精, 甲 醛 等 原 剂 的 药 品 玻 璃 器 皿 直 接 泡 入 洗 液 在, 因 为 重 铬 酸 钾 是 一 种 强 的 氧 化 剂, 一 旦 被 还 原 氧 化, 洗 液 变 绿, 失 去 洗 涤

95 作 用 ) 这 些 器 皿 必 须 用 自 来 水 冲 洗 干 净 并 晾 干 再 浸 入 洗 液 ( 四 ) 1 摩 尔 浓 度 (mg/l)naoh 和 1 摩 尔 浓 度 (mg/l)hcl 配 制 摩 尔 浓 度 是 指 用 1 升 (1000ml) 溶 液 中 所 含 溶 质 的 分 子 量 数 来 表 示 的 溶 液 的 浓 度 用 M 表 示 1. NaOH 摩 尔 浓 度 (M) NaOH 摩 尔 质 量 = 分 子 克 数 =40g 1M NaOH 是 指 1000ml 溶 液 中 含 有 40 克 摩 尔 质 量 的 NaOH, 现 要 配 制 100ml =4g 称 取 NaOH4g, 用 少 量 溶 解, 定 容 100ml. 2. HCl 的 摩 尔 浓 度 具 体 配 制 酸 的 mol 浓 度 时, 应 考 虑 原 浓 酸 的 比 重 mol 浓 度 要 求 配 制 的 mol 浓 度 需 配 制 的 体 积 原 酸 分 子 量 V= 原 酸 的 百 分 浓 度 原 酸 的 比 重 1000 配 制 1.0M HCl 100ml, 量 取 38%, 比 重 为 1.19 的 HCl8.06ml 加 蒸 馏 水, 定 容 至 100ml 五 作 业 1. 将 实 验 整 理 成 实 验 报 告 2. 因 地 制 宜 建 一 个 组 织 培 养 实 验 室, 需 要 哪 些 实 验 室? 各 分 室 的 作 用 是 什 么? 3. 常 规 组 织 培 养 时, 需 要 什 么 设 备 和 器 械? 怎 样 使 用?

96 实 验 三 洗 涤 灭 菌 植 物 组 织 培 养 能 否 成 功 重 要 的 一 环 是 在 无 菌 条 件 下 进 行 操 作 与 培 养, 导 致 污 染 的 来 源 主 要 有 :⑴ 器 皿 和 用 具 ;⑵ 培 养 基 ;⑶ 培 养 材 料 ;⑷ 工 作 人 员 本 身 ;⑸ 操 作 时 的 空 气 防 止 污 染 的 有 效 方 法 是 将 所 有 与 培 养 有 关 的 器 皿, 用 具 培 养 基 接 种 室 培 养 室 等 进 行 灭 菌 和 无 菌 操 作 一 洗 涤 ( 一 ) 玻 璃 器 皿 的 洗 涤 1. 新 购 置 的 玻 璃 器 皿 的 洗 涤 ( 学 习 操 作 ) 因 有 游 离 碱 性 物 质, 使 用 前 先 用 1% 稀 盐 酸 浸 泡 一 夜, 然 后 用 肥 皂 水 洗 净, 清 水 冲 洗, 最 后 用 蒸 馏 水 冲 洗 一 次, 干 后 备 用 2. 已 用 过 玻 璃 器 皿 先 将 残 渣 除 去 ; 用 清 水 洗 净, 再 用 热 肥 皂 水 或 洗 衣 粉 洗 净, 清 水 冲 洗 干 净, 最 后 用 蒸 馏 水 冲 洗 一 次, 干 后 备 用 3. 对 一 些 不 宜 刷 洗 的 玻 璃 器 皿 如 : 吸 管, 滴 管 及 较 脏 的 器 皿 等 先 用 去 污 粉 和 去 油 剂 刷 洗, 自 来 水 冲 干 净 后, 晾 干, 再 浸 入 硫 酸 - 重 铬 酸 钾 洗 液 中 浸 泡 若 干 小 时, 用 夹 子 取 出 在 自 来 水 冲 洗 干 净, 再 用 蒸 馏 水 冲 洗 1-3 遍, 稍 晾 不 滴 水 后 置 于 干 燥 箱 内 烘 干 备 用 4. 对 带 有 凡 士 林, 石 蜡, 或 胶 布 的 器 皿 选 用 特 殊 方 法 处 理 后, 再 用 常 规 方 法 洗 涤 带 有 凡 士 林 的 器 皿 须 先 用 废 纸 把 凡 士 林 擦 去, 再 用 汽 油 擦 洗 干 净, 然 后 用 热 肥 皂 水 煮 沸 半 小 时, 刷 洗 后, 自 来 水 冲 干 净 若 带 有 石 蜡, 可 在 玻 璃 器 皿 下 垫 几 层 废 纸, 放 入 温 箱 中 1 加 热 -2 小 时, 待 石 蜡 融 化 后, 再 用 废 纸 反 复 擦 2-3 次 即 去 石 蜡 再 泡 入 洗 衣 粉 的 热 水 中 洗 干 净 最 后 用 自 来 水 冲 洗, 蒸 馏 水 冲 洗 干 净 若 有 胶 布 粘 着 物, 先 用 70% 酒 精 棉 球 擦 数 遍, 溶 解 粘 胶 物, 并 用 少 许 去 污 粉 刷 抺, 再 用 洗 衣 粉 煮 沸 半 小 时, 刷 洗 干 净, 自 来 水 冲 洗, 晾 干, 再 泡 入 洗 液 ( 二 ) 金 属 器 皿 新 购 置 金 属 器 皿 因 其 上 有 润 滑 油 或 防 绣 油, 用 蘸 有 四 氯 化 碳 (CCl 4 ) 布 擦 去 油 脂, 再 用 湿 布 擦 净, 干 燥 备 用 二 灭 菌 ( 一 ) 器 皿 和 用 具 常 用 灭 菌 方 法 : 1. 热 压 灭 菌 法 ( 学 习 操 作 ) 将 洗 净 的 培 养 器 皿, 用 具, 用 牛 皮 纸 包 好, 放 入 高 压 消 毒 锅 中,1.1 个 大 气 压 下 灭 菌 分 钟 2. 干 热 灭 菌 法 洗 净 的 玻 璃 器 皿 置 于 电 热 干 燥 箱 中, 分 钟 或 120 两 小 时, 待 冷 却 后 使 用 ( 二 ) 无 菌 室 灭 菌 ( 接 种 室 培 养 室 )

97 1. 紫 外 灯 照 射 40min 后, 用 新 洁 尔 灭 擦 抺 工 作 台,70% 酒 精 擦 拭 超 净 工 作 台 2. 薰 蒸 ( 学 习 操 作 ) 用 甲 醛 高 锰 酸 钾 提 前 1-3 天 薰 蒸 密 封 房 间 方 法 1: 甲 醛 倒 入 蒸 发 皿 加 热, 用 量 10ml/m 2 方 法 2: 甲 醛 (HCHO) 与 高 锰 酸 钾 (KMn 4 ) 以 10:1 比 例 混 合 3. 接 种 前 用 70-75% 酒 精 喷 雾, 使 飘 在 空 气 中 的 尘 埃 沉 积 下 来 4. 用 紫 外 光 灯 进 行 照 射 灭 菌 ( 波 长 A 最 好 ) 接 种 箱 及 用 具 分 钟 ( 三 ) 培 养 基 灭 菌 ( 略 ) ( 四 ) 培 养 材 料 灭 菌 ( 略 ) ( 五 ) 工 作 人 员 无 菌 操 作 ( 略 ) 培 养 基 ( 一 ) 培 养 基 成 分 一 培 养 基 的 成 分 是 影 响 组 织 培 养 的 最 根 本 的 外 部 因 素 对 某 种 植 物 培 养 成 功 与 否 是 各 种 条 件 综 合 影 响 的 结 果 这 些 综 合 因 素 存 在 于 每 一 个 培 养 步 骤 每 一 个 单 因 子 都 可 能 导 致 培 养 的 失 败 影 响 培 养 效 果 的 因 素 分 有 外 因 和 内 因, 外 因 有 培 养 基 成 分 及 物 理 状 态, 培 养 温 度, 光 照 强 度, 光 的 质 及 波 长 等 等 这 五 种 最 根 本 的 是 培 养 基 成 分, 因 为 它 是 培 养 材 料 的 生 命 之 地, 它 若 适 宜 培 养 则 易 成 功, 反 之 则 失 败 二 培 养 基 的 成 分 ( 一 ) 大 量 元 素 植 物 生 长 必 需 的 C H O N P K S Ca Mg 九 种 元 素 在 植 物 组 成 中 含 量 较 多, 通 常 占 干 重 或 灰 分 的 千 分 之 几, 百 分 之 几, 所 以 在 培 养 基 中 用 量 较 大 叫 大 量 元 素, 大 量 元 素 H O 两 种 元 素 主 要 从 水 中 获 得,C 从 光 合 作 用 CO 2 来, 但 离 体 植 物 或 组 织 没 有 光 合 作 用 能 力 因 此 通 过 加 糖 提 供 C 源, 常 用 浓 度 为 1-5%, 常 用 分 析 纯 化 学 纯 的 蔗 糖 N 常 用 硝 态 N( 硝 酸 钾 等 ) 和 铵 态 N( 硫 酸 铵 等 ) 大 多 数 以 硝 态 N 为 主 MS 培 养 基 和 N6 培 养 基 既 含 有 硝 态 N 又 含 有 铵 态 N,P 参 与 植 物 生 命 过 程 中 的 核 酸 合 成, 蛋 白 质 合 成, 光 合 作 用, 呼 吸 作 用 及 能 量 贮 存, 转 化 和 释 放 等 重 要 生 理 生 化 过 程 K 在 近 代 培 养 基 中, 用 量 有 提 高 的 趋 势,Ca Mg S 的 需 要 则 较 少 能 提 供 这 些 元 素 的 物 质 主 要 有 磷 酸 二 氢 钾 (KH 2 PO 4 ), 七 个 结 晶 水 的 硫 酸 镁 (MgSO 4.7H 2 O), 二 个 结 晶 水 的 氯 化 钙 (CaCl 2.2H 2 O) ( 二 ) 微 量 元 素

98 包 括 Fe Cu Mo( 钼 ) Zn Na Mn Co( 钴 ) B( 硼 ) 和 I( 碘 ), 它 们 在 植 物 组 织 培 养 基 中 需 要 量 极 微, 体 内 含 量 常 在 mol/l 之 间, 培 养 基 中 添 加 moi/l( 摩 / 升 ) 就 可 满 足 需 要, 多 了 就 会 引 起 植 物 细 胞 酶 失 活, 代 谢 障 碍, 蛋 白 质 变 性 及 组 织 死 亡 Fe 是 用 量 较 多 的 一 种 微 量 元 素, 对 植 物 组 织 叶 绿 素 的 合 成 和 延 长 生 长 起 重 要 作 用 因 使 用 Fe (SO 4 ) 3 ( 硫 酸 铁 ) 和 FeCl 3 ( 氯 化 铁 ) 在 培 养 基 PH 为 5.2 以 上 时 Fe (OH) 3 沉 淀, 植 物 材 料 无 法 吸 收, 故 常 用 FeSO 4.7H 2 O( 硫 酸 亚 铁 ) 和 二 乙 铵 四 乙 酸 二 钠 (Na 2 -EDTA) 结 合 成 螯 合 铁 成 为 有 机 态 被 吸 收 和 利 用 Cu 有 促 进 离 体 根 生 长 的 作 用 ;Mo 是 合 成 活 跃 的 硝 酸 还 原 酶 的 组 成 部 分, 也 是 固 N 酶 的 组 成 部 分, 还 有 防 止 叶 绿 素 受 破 坏 的 作 用 ;Mg Zn Na 是 酶 的 组 成 部 分, 也 是 防 止 叶 绿 素 被 破 坏 的 作 用 ;Mn 与 植 物 呼 吸 作 用 光 合 作 用 有 关 ;B 与 糖 的 运 输, 蛋 白 质 合 成 有 关, 总 之, 微 量 元 素 在 生 命 活 动 中, 多 以 酶 系 中 的 辅 基 形 成 起 重 要 作 用 ( 三 ) 有 机 营 养 1. 维 生 素 类 : 大 多 数 植 物 组 织 或 细 胞 能 够 合 成 必 要 的 维 生 素, 但 是 在 数 量 上 显 然 是 不 够 的, 通 常 在 培 养 基 中 补 加 一 种 或 多 种 维 生 素 但 各 标 准 营 养 培 养 基 所 用 维 生 素 组 合 差 别 较 大, 常 使 用 的 有 : 维 生 素 B 1 ( 盐 酸 硫 铵 素 ) 用 量 mg L -1 维 生 素 B 6 ( 盐 酸 吡 哆 醇 ) 用 量 mg L -1 维 生 素 H( 生 物 素 ) 用 量 mg L -1 烟 酸 用 量 mg L -1 肌 醇 用 量 mg L -1 核 黄 素 用 量 mg L -1 抗 坏 血 酸 用 量 1-100mg L -1 泛 酸 钙 叶 酸 用 量 mg L 氨 基 酸 : 是 重 要 的 有 机 N 源, 有 甘 氨 酸 丝 氨 酸 谷 氨 酸 天 冬 酰 铵, 水 解 酪 蛋 白 (CH), 水 解 乳 蛋 白 (LH), 它 们 主 要 作 为 营 养 提 供, 以 利 于 蛋 白 质 合 成,CH 和 LH 是 近 二 十 种 氨 基 酸 的 混 合 物, 常 用 量 mg L 有 机 添 加 物 是 一 些 成 分 较 复 杂, 大 多 数 含 氨 基 酸 激 素 酶 等 的 复 杂 化 合 物, 它 们 对 细 胞 和 组 织 的 增 殖 与 分 化 有 明 显 的 促 进 作 用, 但 成 分 大 多 不 清 楚, 含 量 也 不 稳 定, 所 以 一 般 应 尽 是 避 免 使 用, 特 别 是 新 的 生 长 调 节 剂 物 质 不 断 产 生, 更 缩 小 它 们 的 使 用 范 围 ⑴ 椰 乳 (CM): 液 体 胚 乳, 一 般 浓 度 10-20% ⑵ 香 蕉 : 用 量 g L -1 黄 熟 的 小 香 蕉 加 入 培 养 基 后 即 变 紫 色, 对 PH 的 缓 冲 作 用 影 响 很 大, 主 要 于 兰 花 组 培 ⑶ 马 铃 薯, 去 皮 去 芽 后 用 量 g L -1, 切 碎,30 煮 分 钟, 过 滤 液, 加 入 培 养

99 基, 对 PH 有 缓 冲 作 用 ⑷ 其 他 还 有 酵 母 提 取 液 (YE), 用 量 约 0.5%; 麦 芽 提 取 液 用 量 % 苹 果 汁 番 茄 汁 柑 桔 汁 等 ( 四 ) 琼 脂 是 一 种 从 海 藻 中 提 取 出 来 的 凝 胶 性 物 质, 作 固 体 培 养 基 凝 固 剂 用, 一 般 用 浓 度 0.6-1%, 视 琼 脂 质 量 而 异 因 天 然 产 物, 牌 号, 批 号 不 同, 质 量 差 异 大, 用 量 亦 有 所 差 异, 有 时 还 有 一 些 有 害 物 质, 用 前 要 浸 洗 琼 脂 以 色 白, 洁 净 为 好 ( 五 ) 糖 糖 是 碳 源, 提 供 营 造 新 细 胞, 新 的 化 合 物 的 碳 骨 架, 也 为 组 织 呼 吸 代 谢 提 供 底 物 及 能 源, 还 能 维 持 培 养 物 所 需 渗 透 压 植 物 组 织 培 养 中 提 供 碳 源 的 糖 类 有 蔗 糖 葡 萄 糖 果 糖 是 最 好 的 碳 源, 多 数 植 物 在 芽 分 化 时 糖 用 量 为 30g L -1, 根 分 化 时 用 15-20g L -1, 但 也 有 高 达 g L -1, 培 养 基 筛 选 等 项 研 究 工 作 时, 为 避 免 出 现 误 差 而 影 响 实 验 效 果, 最 好 用 纯 度 较 高 的 蔗 糖, 实 际 生 产 中, 完 全 可 以 用 市 集 的 白 糖 代 替 化 学 纯 的 蔗 糖 ( 六 ) 活 性 炭 加 入 活 性 炭 目 的 是 除 去 琼 脂 中 的 毒 物 或 培 养 物 产 生 的 芳 香 族 的 代 谢 废 物, 活 性 炭 可 防 止 组 织 变 褐 并 利 于 胚 胎 发 生 与 生 根 培 养, 活 性 在 制 造 方 法 和 来 源 不 同, 差 异 较 大, 一 般 用 量 % ( 七 ) 植 物 生 长 调 节 物 质 植 物 生 长 调 节 物 质 是 培 养 基 中 关 键 物 质, 对 植 物 组 织 培 养 起 着 生 根 而 又 明 显 的 调 节 作 用, 没 有 哪 一 种 比 植 物 调 节 剂 所 生 产 的 影 响 更 大, 它 用 量 的 多 少, 配 比 的 适 当 程 度, 将 影 响 培 养 的 成 败, 即 影 响 到 愈 伤 组 织 的 生 长, 形 态 建 造, 根 和 芽 的 分 化 等 等 目 前 已 知 的 生 长 素, 赤 霉 素, 细 胞 分 裂 素, 脱 落 酸 和 乙 烯 五 大 类 植 物 激 素, 几 乎 都 与 分 化 有 关 在 植 物 组 织 培 养 中, 生 长 调 节 剂, 尤 其 是 生 长 素 和 细 胞 分 裂 素 非 常 重 要 可 以 说 没 有 生 长 调 节 就 不 可 能 进 行 植 物 组 织 培 养 生 长 素 常 用 2.4-D, 萘 乙 酸 (IAA), 吲 哚 乙 酸 (NAA), 吲 哚 丁 酸 (IBA) 等, 其 生 理 作 用 主 要 是 促 进 细 胞 生 长, 刺 激 生 根, 对 愈 伤 组 织 的 形 成 起 关 键 作 用 细 胞 分 裂 常 用 激 动 素 (KT),6- 苄 基 氨 基 嘌 呤 (BA), 玉 米 素 (ZT),2- 异 戊 烯 腺 嘌 呤 (Zip), 它 们 经 高 温 高 压 灭 菌 后 性 能 仍 稳 定 SLKT 受 光 易 分 解, 故 应 在 4-5 低 温 黑 暗 下 保 存, 细 胞 分 裂 素 有 促 进 细 胞 分 裂 和 分 化, 延 长 组 织 衰 老, 增 强 蛋 白 质 合 成, 抑 制 顶 端 优 势, 促 进 侧 芽 生 长 及 显 著 改 变 其 他 激 素 作 用 的 特 点 通 常 认 为, 生 长 素 和 细 胞 分 裂 素 的 比 值 大 时, 有 利 于 根 的 形 成 ; 比 值 小 时, 则 促 进 芽 的 形 成 低 浓 度 2.4-D 有 利 于 胚 状 体 的 分 化, 但 妨 碍 胚 状 体 进 一 步 发 育,NAA 有 利 于 单 子 叶 植 物 分 化,IBA 诱 导 生 根 效 果 最 好

100 赤 霉 素 (GA) 的 生 理 作 用 是 促 进 植 物 伸 长, 节 间 伸 长, 分 生 组 织 芽 生 长, 诱 导 淀 粉 的 合 成, 打 破 休 眠 和 促 进 开 花 等, 与 生 殖 器 官 发 生 有 关, 一 般 不 常 用 脱 落 酸 是 植 物 体 天 然 存 在 的 生 长 抑 制 物, 有 促 进 叶 部 脱 落, 诱 导 休 眠 作 用, 与 生 殖 器 官 发 生 有 关 乙 烯 是 植 物 内 唯 一 呈 气 体 状 态 的 激 素, 与 植 物 衰 老 和 成 熟 有 关 植 物 营 养 培 养 基 中 常 用 的 植 物 生 长 调 节 剂 类 别 名 称 缩 写 词 分 子 量 使 用 浓 度 范 围 母 液 配 制 说 明 2,4- 二 氯 苯 氧 乙 酸 2,4-D mg/L 生 长 素 通 常 IAA 易 被 植 生 长 α- 萘 乙 酸 NAA mg/L 用 NaOH 溶 液 滴 至 溶 解 物 细 胞 所 氧 化 故 培 养 基 素 吲 哚 -3- 乙 酸 IAA mg/L 成 溶 液 中 很 少 单 独 吲 哚 -3- 丁 酸 IBA mg/L 能 溶 于 乙 醇 使 用 6- 苄 基 氨 基 嘌 呤 BA 分 裂 素 通 常 玉 米 素 不 耐 细 能 溶 于 稀 热, 不 能 高 压 6- 糠 基 氨 基 嘌 呤 KT 胞 NaOH, 含 水 灭 菌 分 乙 醇 或 稀 盐 N- 异 戊 烯 氨 基 嘌 呤 ZT 裂 酸 ( 玉 米 素 ) 赤 霉 素 GA 能 溶 于 乙 醇 不 耐 热 不 能 赤 霉 素 高 压 灭 菌 在 愈 伤 组 织 和 悬 浮 培 养 物 的 启 动 和 保 持 生 长 时 才 需 要 有 时 小 植 株 再 生 时 也 需 要 三 ph 的 调 整 培 养 基 的 ph 值 ( 酸 碱 度 ) 直 接 影 响 对 离 子 的 吸 收, 所 以 过 酸 或 过 碱 都 对 植 物 材 料 有 很 大 影 响 此 外, 琼 脂 培 养 基 的 PH 值 还 影 响 到 凝 固 情 况 最 好 用 酸 度 计, 若 无 也 可 用 精 密 PH - 试 纸 ( 干 燥 保 存 ) 过 酸 用 1NNaOH 调 节, 过 碱 用 1NHCl 调 节, 经 高 压 灭 菌 后, 由 于 某 些 成 分 的 分 解 ( 如 蔗 糖 分 解 ) 或 氧 化, 酸 度 会 增 加,pH 一 般 可 降 低 (0.2), 培 养 基 ph 一 般 调 至 的 范 围 四 培 养 基 中 采 用 浓 度 单 位 计 量 有 :

101 1. 毫 克 升 (mg/l 或 mg L -1 ) 每 升 溶 液 中 所 含 某 化 合 物 的 毫 克 重 2. 微 克 升 (ug/l 或 ug L -1 ) 每 升 溶 液 中 所 含 某 化 合 物 的 微 克 重 3. 重 量 百 分 率 : 每 100ml 溶 液 中 含 某 化 合 物 的 克 重 如 :2% 表 示 1000ml 溶 液 中 含 化 合 物 20g, 采 用 琼 脂 和 蔗 糖 时 常 用 此 单 位 4. 克 分 子 重 量 (mol L -1 即 mol/l)mol 每 升 溶 液 中 所 含 某 化 合 物 的 克 分 子 重 (mol), 此 种 单 位 常 用 于 生 长 调 节 剂, 按 用 量 不 同, 又 分 毫 克 分 子 重 (mmol L -1 ) 和 微 克 分 子 (umol L -1 ) 5. 容 积 百 分 率 :100ml 溶 液 中 含 有 某 化 合 物 的 毫 升 量, 常 用 于 表 示 椰 子 乳 汁, 番 茄 汁 马 铃 薯 汁 等 ( 二 ) 培 养 基 种 类 一. 培 养 基 的 种 类 培 养 基 的 种 类 成 分 直 接 影 响 到 培 养 材 料 的 生 长, 故 应 根 据 培 养 植 物 的 种 类 部 位 选 择 适 宜 的 培 养 基 ( 一 ) 高 盐 成 分 培 养 基 : 包 括 MS LS BL BM ER 等 培 养 基, 它 应 用 最 广 泛, 其 钾 盐, 铵 盐 及 硝 酸 盐 含 量 均 较 高, 微 量 元 素 种 类 齐 全, 目 前 植 物 组 织 快 繁 中, 应 用 MS 培 养 基 最 多 ( 二 ) 硝 酸 钾 含 量 较 高 的 培 养 基 1. B 5 培 养 基 B 5 培 养 基 除 含 有 较 高 的 钾 盐 外, 还 含 有 较 低 的 铵 态 氮 和 较 高 的 盐 酸 硫 铵 素, 较 适 应 南 洋 杉, 葡 萄 和 大 豆 科, 十 字 花 科 植 物 的 培 养 2. N 6 培 养 基 N 6 培 养 基 ( 朱 至 清 等 )1975 年 我 国 学 者 创 造, 获 国 家 发 明 二 等 奖, 适 用 于 单 子 叶 植 物 花 药 培 养, 柑 桔 花 药 培 养 也 适 合, 楸 树 针 叶 树 等 的 组 织 培 养 使 用 效 果 也 好 3. SH 培 养 基 此 培 养 基 是 矿 盐 浓 度 较 高 的 培 养 基, 其 中 铵 与 磷 酸 是 由 NH 4 H 2 PO 4 提 供 的 ( 三 ) 中 等 无 机 盐 含 量 的 培 养 基 1. H 培 养 基 (Bourgin 与 lnitsch) 大 量 元 素 为 MS 培 养 基 的 一 半, 仅 KH 2 PO 4 及 氯 化 钙 稍 低, 微 量 元 素 种 类 减 少, 而 含 量 较 MS 为 高, 维 生 素 种 类 比 MS 多, 适 于 花 药 培 养 2. 尼 奇 培 养 基 (Nitsch) 与 H 培 养 基 的 成 分 基 本 相 同, 仅 生 物 素 较 H 培 养 基 高 10 倍, 也 适 于 花 药 培 养 3. 米 勒 培 养 基 (Miller),Blaydes 培 养 基 适 合 于 大 豆 愈 伤 组 织 培 养 和 花 药 培 养 用 ( 四 ) 低 无 机 盐 培 养 基, 大 多 数 情 况 下 用 于 生 根 培 养 基 1. 改 良 怀 特 培 养 基 (White) 2. WS 培 养 基 (Wolter and skoog) 3. 克 诺 普 液 (sknop) 花 卉 培 养 上 用 得 多

102 4. 贝 尔 什 劳 特 液 (Berthelot) 5. HB(Holley and Baker) 花 卉 培 养, 木 本 植 物 的 茎 尖 培 养 效 果 良 好, 其 成 分 是 大 量 元 素 比 1/2 克 诺 普 液 稍 多, 微 量 元 素 用 贝 尔 劳 什 特 液, 每 升 培 养 基 中 加 0.5ml 二. 培 养 基 的 选 择 所 培 养 的 植 物 已 有 前 人 作 过 研 究 的, 可 以 从 文 献 中 找 到 可 供 采 用 的 合 适 培 养 条 件 ; 若 前 人 从 未 培 养 过, 就 要 选 择 和 建 立 一 个 最 适 于 该 植 物 的 营 养 培 养 基 可 采 用 一 种 已 知 培 养 基 如 MS B 5 或 SH, 对 少 数 成 分 进 行 改 变 ; 进 行 一 系 列 试 验, 在 修 改 一 种 培 养 基 时, 对 无 机 成 分 和 有 机 成 分 分 别 处 理 在 植 物 组 织 培 养 基 中 最 可 变 的 因 素 是 生 长 调 节 剂, 尤 其 是 生 长 素 和 细 胞 分 裂 素, 具 体 方 法 : 首 先 选 择 好 一 种 基 本 培 养 基 (MS) 对 生 长 素 (NAA) 和 细 胞 分 裂 素 (BAP) 均 分 别 制 定 大 约 五 种 浓 度 0, 0.5, 2.5, 5, 10 μmol( 微 克 量 ) 将 这 两 种 调 节 剂 的 五 种 浓 度 进 行 排 列 组 合 便 可 以 得 到 25 个 组 合 的 试 验 性 培 养 基, 从 25 个 培 养 基 中 挑 选 出 最 好 的 培 养 条 件 (2) 进 一 步 选 择 最 合 适 的 生 长 素 和 细 胞 分 裂 素 ( 浓 度 均 与 最 适 条 件 浓 度 相 同 ) 方 法 是 先 保 持 其 中 的 生 长 素 不 变 只 改 变 细 胞 分 裂 素 的 类 型, 反 之 亦 然 虽 然 高 盐 培 养 基 (MS 等 ) 从 许 多 植 物 系 统 中 已 证 明 是 良 好 的, 但 是 有 些 培 养 物 在 低 盐 培 养 基 上 生 长 得 更 好, 因 此 值 得 花 精 力 去 检 验 一 下 在 最 适 生 长 调 节 剂 组 合 下 改 变 MS 的 无 机 盐 浓 度 为 1/2 和 1/4 水 平, 从 而 可 以 找 到 最 好 的 无 机 盐 尝 试 和 最 适 生 长 调 节 剂 组 合 的 营 养 培 养 基 三. 培 养 基 母 液 配 制 为 了 减 少 工 作 量, 减 少 多 次 称 量 所 造 成 的 误 差, 一 般 将 常 用 药 品 配 成 比 所 需 浓 度 高 倍 的 母 液, 现 以 MS 培 养 基 为 例, 预 先 配 制, 四 组 不 同 母 液, 说 明 母 液 的 配 制 方 法

103 实 验 四 MS 培 养 基 母 液 的 配 制 一 目 的 要 求 通 过 MS 培 养 基 母 液 的 配 制 与 保 存, 掌 握 配 制 与 保 存 MS 培 养 基 母 液 的 基 本 技 能 二 实 验 安 排 分 组 进 行, 每 组 完 成 一 种 母 液 的 配 制 工 作, 共 同 完 成 一 批 母 液 的 配 制 三 材 料 与 用 具 配 制 MS 培 养 基 母 液 所 需 要 的 药 品 生 长 调 节 物 质 各 类 天 平 烧 杯 定 容 瓶 量 筒 药 勺 小 玻 璃 棒 蒸 馏 水 95% 的 酒 精 或 0.1mol/L 的 NaOH 0.1mol/LHCL 母 液 瓶 标 签 冰 箱 四 方 法 步 骤 ( 一 )MS 培 养 基 母 液 配 制 ( 单 位 : 毫 克 mg) 母 液 编 I II III 浓 缩 倍 数 种 成 分 规 定 量 称 取 量 大 KNO 量 NH 4 NO 元 MgSO 4 7H 2 O 素 KH 2 PO CaCl 2 2H 2 O MnSO 4 4H 2 O ZnSO 4 7H 2 O 微 H 3 BO 量 KI 元 Na 2 MoO 4 7H 2 O 素 CuSO 4.5H 2 O CoCl 2.6H 2 O 铁 Na 2 -EDTA 盐 FeSO 4.4H 2 O 甘 氨 酸 有 盐 酸 吡 哆 醇 机 盐 酸 硫 铵 素 物 烟 酸 肌 醇 母 液 体 积 配 制 1 升 培 养 基 吸 取 量 定 容 注 意 :1. 大 量 元 素 按 照 使 用 时 浓 缩 10 倍 的 数 值 称 取, 分 别 将 各 种 化 合 物 称 量 后, 除 CaCl 2 2H 2 O 单 独 配 制 外, 其 余 化 合 物 混 合 在 500ml 烧 杯 中 加 适 量 蒸 馏 水 溶 解, 用 玻 璃 棒 搅

104 拌 促 溶, 倒 入 1000ml 容 量 瓶 中 用 蒸 馏 水 定 容 至 刻 度, 置 小 口 瓶 中 保 存, 贴 上 标 签 注 明 化 合 物 名 称 ( 或 编 号 ), 浓 缩 倍 数, 配 制 日 期 和 配 制 者 姓 名,CaCl 2 2H 2 O 配 制 同 上 置 于 另 一 小 口 瓶 中 2. 微 量 元 素 母 液 的 配 制 按 要 求 浓 缩 100 倍 的 数 值 称 取, 分 别 将 各 种 化 合 物 称 量 除 铁 盐 (FeSO 4 7H 2 O 和 Na 2 -EDTA.2H 2 O) 作 为 一 组 单 独 配 制 外, 其 余 化 合 物 可 混 合 置 于 烧 杯 内 加 少 量 蒸 馏 水 溶 解 后, 定 容 在 1000ml 容 量 瓶 中, 置 小 口 瓶 中 保 存, 贴 上 标 签 3. 铁 盐 配 制 将 FeSO 4 7H 2 O 和 Na 2 -EDTA.2H 2 O 分 别 溶 于 450ml 蒸 馏 水 中, 加 热, 不 断 搅 拌, 溶 解 后, 两 液 混 合, 调 ph 至 5.5 加 水 定 容 至 1000ml, 置 于 小 口 瓶 中, 贴 上 标 签 4. 有 机 物 母 液 配 制, 按 母 液 要 求 浓 缩 100 倍, 除 蔗 糖 按 3% 单 独 临 时 称 量 外, 其 余 分 别 称 量 后, 溶 解, 定 容 在 500ml 容 量 瓶 中, 置 于 小 口 瓶 中 保 存, 贴 上 标 签 5. 母 液 最 好 在 2~4 的 冰 箱 中 贮 存, 特 别 是 有 机 类 物 质, 贮 存 时 间 不 宜 过 长, 无 机 盐 母 液 最 好 在 一 个 月 内 用 完, 如 发 现 有 霉 菌 和 沉 淀 产 生, 就 不 能 再 使 用 6. 制 备 母 液 和 营 养 培 养 基 时, 所 用 蒸 馏 水 或 无 离 子 水 必 须 符 合 标 准 要 求, 化 学 药 品 必 须 是 高 纯 度 的 ( 分 析 纯 ) 7. 称 量 药 物 采 用 高 灵 敏 度 的 天 平, 每 种 药 品 专 用 一 药 匙 五. 作 业 (1) 将 本 次 实 验 内 容 整 理 成 实 验 报 告 (2) 能 不 能 把 所 有 的 母 液 置 于 一 个 瓶 里, 当 作 一 种 母 液 用 于 配 制? 为 什 么? (3) 在 配 制 大 量 元 素 母 液 时,CaCl 2 为 什 么 要 单 独 配 制? (4) 已 知 大 量 元 素 的 母 液 浓 度 是 原 配 方 浓 度 的 10 倍, 在 配 制 1000mlMS 培 养 基 时 应 取 多 少 毫 升 母 液? (5)MS 培 养 基 中 需 加 入 0.5mg/L 的 6-BA, 当 母 液 浓 度 为 0.1mg/ml 时, 配 制 1000ml 培 养 基 需 要 取 多 少 ml6-ba 母 液?

105 实 验 五 营 养 培 养 基 配 制 和 灭 菌 一. 营 养 培 养 基 配 制 程 序 ( 一 ) 母 液 吸 取 量 的 计 算 配 制 培 养 基 的 升 数 公 式 1: 母 液 吸 取 量 = 母 液 体 积 (CC) 母 液 浓 缩 倍 数 培 养 基 要 求 的 含 量 公 式 2: 母 液 吸 取 量 = ( 各 种 生 长 调 节 剂 ) 母 液 每 CC 的 含 量 ( 二 ) 各 种 母 液 按 顺 序 编 号 排 列 A. 大 量 元 素 ; B.CaCl2 2H2O ; C. 微 量 元 素 ; D. 铁 盐 ; E. 有 机 物 ; F. 生 长 素 萘 乙 酸 (NAA): 配 制 0.5mg/ml 的 NAA 称 取 50mg, NAA 用 少 量 95% 酒 精 溶 解 后 加 蒸 馏 水 定 容 至 1000ml;G.. 细 胞 分 裂 素 激 动 素 (KT) 配 制 0.5mg/ml 的 KT 称 50mgKT 用 少 量 1N HCL 溶 解 后, 加 蒸 馏 水 定 容 至 100ml ( 三 ) 配 制 培 养 基 1. 琼 脂 : 称 取 8g 琼 脂, 加 入 300ml 蒸 馏 水, 加 热 溶 解 直 至 完 全 溶 解 为 止 2. 蔗 糖 3%: 称 取 30g 蔗 糖, 溶 于 溶 有 琼 脂 的 300ml 蒸 馏 水 中 3. 各 种 母 液 的 吸 取 (1) 用 50ml 量 筒 量 取 大 量 元 素 母 液 (A) 和 CaCl 2 2H 2 O 母 液 (B) 各 100ml (2) 分 别 用 10ml 移 液 管 或 吸 管 吸 取 微 量 元 素 (C), 铁 盐 (D) 母 液 各 10ml (3) 用 10ml 移 液 管 或 吸 管 吸 取 有 机 物 (H)10ml (4) 用 2ml 移 液 管 吸 取 生 长 素 NAA1.5ml; 用 0.5ml 移 液 管 吸 取 KT0.5ml 将 上 述 溶 液 全 部 混 合 于 琼 脂 与 蔗 糖 溶 液 中, 混 合 均 匀 后, 加 热 至 80 左 右, 用 酸 度 计 或 精 密 ph 试 纸 测 定 培 养 基 的 ph 一 般 要 求 5.8~6.0, 过 酸 过 碱 则 用 1N NaoH 和 1N HCl 调 整 二. 分 装 : 用 一 个 接 有 胶 管 的 分 装 器 趁 热 装 培 养 基,1000ml 培 养 基 分 装 70 支 试 管, 即 每 支 试 管 15ml 左 右 ( 一 般 占 试 管 三 角 瓶 容 量 1/4~1/3 左 右 ) 注 : 培 养 基 勿 碰 试 管 壁 三. 包 装 : 分 装 好 的 试 管 用 棉 塞 塞 上, 包 上 包 装 纸, 每 5~7 支 试 管 捆 成 一 扎, 标 明 培 养 基 代 号 即 可 进 行 灭 菌 用 具 清 理 和 洗 涤 : 各 种 母 液 按 原 位 置 摆 整 齐, 用 过 的 量 筒, 移 液 管 烧 杯 铝 锅 等 用 水 洗 涤 干 净, 然 后 按 次 序 放 回 原 处 四. 灭 菌 : 固 体 营 养 培 养 基 灭 菌 通 常 都 用 热 压 法, 液 体 培 养 基 可 用 热 法, 也 可 用 过 滤 法, 现 操 作 热 压 法 灭 菌 热 压 灭 菌 的 锅 具 有 温 度 范 围 115~135, 良 好 的 灭 菌 取 决 于 时 间 压 力 温 度 和 被 灭 菌

106 的 容 积, 此 法 优 点 是 : 迅 速 简 便 全 部 微 生 物 和 病 毒 均 能 被 破 坏 并 无 吸 附 现 象 缺 点 :(1) 会 引 起 PH 改 变 : 降 低 0.3~0.5 个 单 位 值 ;(2) 某 些 化 合 物 会 分 解 或 发 生 化 学 反 应, 在 太 高 温 度 下 热 压 处 理 会 使 糖 焦 化 这 种 产 物 可 能 有 毒 ;(3) 热 压 灭 菌 时 间 太 长 会 使 盐 沉 淀 下 来 ; (4) 会 使 琼 脂 解 聚 ;(5) 导 致 某 些 有 机 的 生 理 活 性 物 质 的 活 力 下 降 因 此, 为 达 到 良 好 的 灭 菌 效 果, 而 又 尽 量 减 少 对 营 养 成 分 的 不 利 影 响 要 求 (1) 盛 有 20~50ml 营 养 培 养 基 的 容 器 就 在 121 中 保 持 20 分 钟 ; (2) 盛 有 50~500ml 营 养 培 养 基 的 容 器 就 在 121 中 保 持 25 分 钟 ; (3) 盛 有 500~5000ml 营 养 培 养 基 的 容 器 就 在 121 中 保 持 35 分 钟 ; 具 体 操 作 步 骤 : 1. 高 压 锅 放 水 至 平 把 架 ; 2. 把 包 扎 好 的 培 养 基 装 入 高 压 锅 ; 3. 盖 上 热 压 锅 盖, 上 紧 螺 帽 ( 注 意 对 角 拧 紧 螺 帽 ) 关 上 气 阀 和 安 全 阀. 4. 把 热 压 锅 放 在 3000W 电 炉 座 上, 然 后 接 通 电 源. 5. 压 力 计 升 至 0.5Kg 时, 打 开 放 气 阀, 排 除 冷 空 气 ( 此 步 很 重 要 ) 反 复 两 次 至 完 全 把 冷 空 气 排 除 6. 排 除 冷 空 气 后, 关 闭 放 气 阀, 待 压 力 升 到 1Kg 位 置 时, 开 始 计 算 灭 菌 时 间, 一 般 在 1Kg 压 力 (121 ) 下 灭 菌 20~25 分 钟 即 可, 但 要 注 意 保 持 稳 定 压 力 7. 灭 菌 时 间 达 到 20 分 钟 后, 除 去 电 源, 打 开 放 气 阀 ( 注 意 要 逐 渐 放 气 ) 待 高 压 锅 内 的 空 气 完 全 排 除 后, 打 开 热 压 灭 菌 锅 盖 ( 注 意 对 角 扭 松 螺 帽 ) 稍 待 冷 后 再 把 培 养 基 取 出 8. 经 过 灭 菌 的 营 养 培 养 基 不 宜 放 置 太 长, 应 尽 早 使 用, 但 为 了 在 使 用 前 能 检 查 培 养 基 有 无 微 生 物 污 染, 可 将 培 养 基 置 于 25 下 保 存 4 天, 如 果 培 养 基 需 要 贮 存 较 长 时 间, 可 在 4 低 温 下 保 存 灭 菌 高 压 锅 有 大 型 卧 式 中 型 立 式 小 型 手 提 式 等 多 种 型 号 和 规 格, 无 论 哪 种 型 号, 操 作 的 步 骤 都 很 相 近 进 水 放 进 培 养 基 盖 紧 锅 盖 关 上 放 汽 阀 检 查 安 全 阀 接 上 加 热 源 待 压 力 升 至 0.5Kg 时 排 锅 内 冷 空 气, 重 复 两 次, 直 至 冷 空 气 排 除, 关 上 放 气 阀 1Kg 压 力 (121 ) 下 灭 菌 20~25 分 钟, 保 持 稳 定 压 力 除 热 源 逐 渐 打 开 放 气 阀 锅 内 空 气 排 除 完 后 开 放 锅 盖 稍 冷 后 取 出 培 养 基 五. 作 业 1. 配 制 培 养 基 : 1MS+0.5mg/L 2,4-D +0.8% 琼 脂 (PH5.8); 2MS+0.1mg/L 6-BA+0.5mg/L NAA+0.8% 琼 脂 (PH5.8); 3MS+0.5mg/L 6-BA+0.5mg/L NAA+0.8% 琼 脂 (PH5.8); 4MS+2 mg/l 6-BA+0.5mg/L IAA +0.8% 琼 脂 (PH5.8);

107 外 植 体 的 分 离 接 种 和 培 养 ( 初 代 培 养 ) 植 物 组 织 培 养 的 成 功 首 先 在 于 初 代 培 养, 即 能 否 建 全 起 于 无 菌 外 植 体, 注 意 几 个 重 要 环 节 一. 保 证 无 菌 主 要 保 证 培 养 材 料 和 培 养 基 的 无 菌 状 态 培 养 室 的 良 好 的 清 洁 环 境, 以 及 工 作 人 员 的 无 菌 操 作 技 术, 材 料 灭 菌, 不 同 作 物, 一 株 不 同 部 位 都 有 不 同 的 要 求, 常 用 的 消 毒 剂 有 漂 白 粉 (1%~10% 的 溶 液 ), 次 氯 酸 钠 液 (0.5~10%) 乌 斯 普 龙 溶 液 (800~1500 倍 ), 升 汞 (HgCl 0.1~1%) 酒 精 70%, 双 氧 水 (3~10%) 等 材 料 灭 菌 的 方 法 视 不 同 作 物, 不 同 部 位 而 异 (1) 茎 尖 茎 段 及 叶 片 等 的 消 毒, 因 暴 露 于 空 气 中, 有 较 多 的 茸 毛 油 脂 蜡 质 和 刺 等, 首 先 用 自 来 水 较 长 时 间 冲 洗, 特 别 多 年 生 木 本 材 料 更 注 意, 有 的 可 用 肥 皂 洗 衣 粉 或 吐 温 等 进 行 洗 涤 酒 精 浸 泡 数 秒 钟 无 菌 水 冲 洗 2~3 次 按 材 料 老 嫩 用 枝 条 的 坚 实 程 度, 分 别 用 2%~10% 次 氯 酸 钠 溶 液 浸 泡 10~15 分 钟 无 菌 水 冲 洗 3 次 接 种 (2) 果 实 及 种 子 消 毒, 果 实 : 自 来 水 冲 洗 10~20 分 钟 纯 酒 精 迅 速 漂 洗 一 下 2% 次 氯 酸 钠 溶 液 浸 泡 10 分 钟 无 菌 水 冲 洗 2~3 次 取 出 果 内 种 子 或 组 织 进 行 培 养 种 子 : 自 来 水 冲 洗 10~20 分 钟 10% 次 氯 酸 钙 浸 泡 20~30 分 钟 甚 至 几 个 小 时, 依 种 皮 硬 而 定, 对 难 于 消 毒 的 还 可 用 0.1% 升 汞 或 1%~2% 溴 水 消 毒 5 分 钟, 进 行 胚 或 胚 乳 培 养, 对 种 皮 太 硬 的 种 子, 也 可 预 先 去 掉 种 皮 再 用 4~8% 次 氯 酸 钠 溶 液 浸 泡 8~10 分 钟 无 菌 水 冲 洗 后 接 种 (3) 花 药 消 毒 用 于 培 养 的 花 药, 实 际 上 多 未 成 熟, 外 有 花 萼, 花 瓣 或 颖 片 保 护, 处 于 无 菌 状 态, 所 以 只 要 将 整 个 花 蕾 或 幼 穗 消 毒 即 可, 一 般 用 70% 酒 精 浸 泡 数 秒 钟 无 菌 水 冲 洗 2~3 次 漂 白 粉 清 液 浸 泡 10 分 钟 无 菌 水 冲 洗 2~3 次 接 种 (4) 根 及 地 下 部 分 器 官 的 消 毒, 这 类 材 料 生 长 于 土 中, 消 毒 较 为 困 难, 先 用 自 来 水 洗 涤, 用 软 毛 刷 刷 洗 用 刀 切 去 损 伤 及 污 染 严 重 部 位 吸 干 后 纯 酒 精 漂 洗 0.1%~0.2% 升 汞 浸 泡 5~10 分 钟 或 2% 次 氯 酸 钠 溶 液 浸 泡 10~15 分 钟 无 菌 水 冲 洗 3~4 次 无 菌 滤 纸 吸 干 后 接 种 若 上 述 方 法 仍 不 见 效 时, 可 将 材 料 浸 入 消 毒 液 中 进 行 抽 气 减 压 帮 助 消 毒 液 的 渗 入 达 到 彻 底 灭 菌 的 目 的 二. 条 件 合 适 要 成 功 地 建 立 初 代 培 养, 首 先 一 定 要 选 择 好 合 适 的 作 物 种 类, 品 种 及 培 养 部 位, 目 前 组 织 培 养 已 经 获 得 成 功 的 植 物, 几 乎 包 括 植 物 的 各 个 部 位, 在 生 产 实 际 中, 必 须 选 取 最 易 表 达 全 能 性 的 部 位, 增 加 成 功 机 会, 降 低 生 产 成 本, 大 多 数 植 物 茎 尖 是 较 好 的 部 位, 由 于 其 形 态 已 基 本 建 成, 成 长 迅 速 遗 传 性 稳 定, 也 是 获 得 无 病 毒 的 主 要 途 径, 但 茎 尖 往 往 受 到 材 料 来 源 的 限 制, 为 此 茎 段 也 得 到 了 广 泛 的 应 用, 而 叶 片 的 培 养 利 用 更 为 普 遍, 材 料 来 源 最 为 丰 富, 一 些 培 养 较 困 难 的 植 物 则 往 往 可 以 通 过 子 叶, 下 胚 轴 培 养 奏 效 花 药 和 花 粉 培 养 成 为 育 种 和

108 得 到 无 病 毒 苗 的 主 要 途 径 之 一, 其 他 可 根 据 需 要 采 用 根, 花 瓣 鳞 茎 等 部 位 培 养, 总 之, 在 确 定 取 材 部 位 时, 一 方 面 要 考 虑 培 养 材 料 的 来 源 有 保 证 容 易 成 苗, 另 一 方 面 要 考 虑 到 特 别 是 通 过 脱 分 化 产 生 愈 伤 组 织 培 养 途 径 是 否 会 引 起 不 良 变 异, 丧 失 原 品 种 的 优 良 性 状, 取 材 亦 受 季 节 影 响, 器 官 的 生 理 状 态 和 生 育 年 龄, 材 料 大 小 的 影 响, 茎 尖 培 养 存 活 临 界 大 小 应 为 一 个 茎 尖 分 生 组 织 带 有 1~2 叶 原 其, 大 小 为 0.2~0.3mm, 叶 片 花 瓣 等 约 为 5mm 2, 茎 段 则 长 约 0.5mm, 甘 蔗 心 叶 愈 伤 组 织 中,5mm 左 右 ; 第 二, 选 择 好 合 适 的 培 养 基 激 素 及 其 他 添 加 物 ; 第 三, 注 意 掌 握 适 宜 的 培 养 条 件, 如 光 照 温 度 湿 度 1. 光 光 因 素 包 括 日 照 长 度, 辐 射 强 度, 光 源 ( 波 长 ) (1) 光 照 长 度 ( 光 周 期 ) 对 此 问 题 了 解 得 很 少, 常 用 的 日 长 即 选 用 14~16 小 时, 虽 然 也 有 连 续 光 照 的, 不 同 培 养 物 对 日 长 要 求 有 时 很 严 格, 如 需 暗 萌 发 的 种 子 要 求 在 连 续 黑 暗 中 才 能 萌 发, 需 光 萌 发 种 子 必 须 有 光 照 有 的 植 物 进 行 休 眠 或 开 花, 必 须 选 择 特 定 的 日 长 范 围 (2) 辐 射 强 度 培 养 瓶 内 的 培 养 物 不 能 采 用 像 田 间 或 人 工 气 候 室 那 么 强 的 光 照 (30~70Wm -2 ) 通 常 用 8~15Wm 的 光 照 (3) 光 源 ( 波 长 ) 红 光 能 促 进 生 长 和 分 化 2. 温 度 培 养 室 内 常 用 温 度 24~26,25±2 一 般 低 于 15 培 养 的 组 织 生 长 出 现 停 滞, 高 于 35 的 生 长 也 不 利, 促 进 芽 的 温 度 略 低 于 增 殖 苗 的 温 度 一 般 恒 温 3. 湿 度 : 培 养 容 器 内 的 相 对 湿 度 几 乎 达 到 100%, 而 环 境 中 的 温 度 会 影 响 培 养 基 湿 度 一 般 要 求 70%~80% 的 相 对 湿 度 4. 气 体 的 影 响 : 试 管 苗 生 长 和 繁 殖 需 氧 气, 液 体 培 养 需 进 行 振 荡 或 浅 层 培 养 以 解 决 供 氧 问 题 三. 技 术 过 关 要 建 立 初 代 培 养, 操 作 技 术 亦 十 分 重 要, 无 菌 操 作 快, 动 作 熟 练, 缩 短 可 能 污 染 的 时 间

109 实 验 六 幼 叶 培 养 一. 目 的 要 求 很 多 植 物 的 叶 组 织 在 离 体 培 养 条 件 下 先 形 成 愈 伤 组 织, 然 后 通 过 愈 伤 组 织 再 分 化 出 胚 状 体 茎 叶 和 根 叶 的 培 养 比 胚 茎 尖 和 茎 段 培 养 难 度 大 选 择 易 培 养 成 功 的 叶 组 织, 比 如 幼 叶 子 叶 等 通 过 本 次 实 验, 要 求 学 生 学 习 幼 叶 培 养 的 基 本 方 法 和 步 骤, 掌 握 幼 叶 的 剪 切 和 排 放 放 方 法, 进 一 步 掌 握 无 菌 操 作 技 术 二 实 验 安 排 分 组 提 前 准 备 好 培 养 基, 接 种 单 独 完 成 三 材 料 仪 器 与 试 剂 1. 光 照 培 养 箱 超 净 工 作 台 培 养 皿 镊 子 剪 刀 解 剖 刀 等 2. 愈 伤 诱 导 培 养 基 : 1MS+2mg/L 6-BA+0.5mg/L IAA+0.8% 琼 脂 (PH5.8); ( 烟 草 叶 片 ) 2MS+0.5mg/L 2,4-D +0.8% 琼 脂 (PH5.8); 3MS+0.1mg/L 6-BA+0.5mg/L NAA+0.8% 琼 脂 (PH5.8); 43MS+0.5mg/L 6-BA+0.5mg/L NAA+0.8% 琼 脂 (PH5.8); 分 组 进 行 实 验, 每 组 选 用 不 同 组 分 的 愈 伤 诱 导 培 养 基 进 行 实 验, 观 察 哪 组 培 养 基 诱 导 愈 伤 的 效 果 最 好 四 方 法 步 骤 1. 接 种 前 半 小 时, 可 用 75% 酒 精 或 新 洁 尔 灭 喷 洒, 地 板 用 湿 拖 把 拖 刷 超 净 工 作 台 在 接 种 前 用 95% 酒 精 揩 抹 工 作 台 面 和 有 关 用 具, 并 先 开 机 鼓 风 15 分 钟 后 才 能 使 用 2. 外 植 体 的 选 择 分 离 : 1. 选 择 无 病 害 的 植 物 叶 片 ( 可 选 择 不 同 种 植 物 叶 片 ) 2. 用 单 面 刀 片 或 剪 刀, 解 剖 刀 把 叶 片 从 植 株 上 剥 离 下 来, 剪 成 小 段 置 于 烧 杯 中 3. 外 植 体 的 灭 菌 在 超 净 工 作 台 上 将 70% 酒 精 倒 入 装 有 叶 片 的 烧 杯 内 消 毒 30s, 然 后 将 10% 次 氯 酸 钠 溶 液 倒 入 烧 杯 内 灭 菌 10 分 钟, 用 无 菌 水 将 叶 片 冲 洗 三 至 四 次 4. 外 植 体 的 接 种 与 培 养 用 经 过 灭 菌 的 剪 刀 将 叶 片 剪 成 0.5-1cm 2 大 小 的 小 块 置 于 经 过 灭 菌 的 培 养 皿 中, 打 开 培 养 瓶 盖 子 ( 或 试 管 塞 子 ) 用 经 过 灭 菌 的 镊 子 将 外 植 体 置 于 培 养 容 器 内, 让 外 植 体 与 培 养 基 紧 密 接 触, 然 后 盖 上 盖 子 并 拧 紧 ( 或 塞 上 塞 子 ) 写 上 接 种 日 期 和 外 植 体 名 称 即 转 入 培 养 室 内 培 养, 室 内 温 度 25~30, 光 强 为 1000~2000LUX, 每 天 光 照 约 14 小 时 约 一 周 后 观 察 愈 伤 诱 导 情 况

110 无 菌 操 作 : 1. 在 准 备 室 内 改 穿 经 过 灭 菌 的 白 色 工 作 服 及 拖 鞋, 戴 上 白 布 帽 和 口 罩, 才 能 进 入 无 菌 室 2. 进 入 无 菌 室 前 工 作 人 员 双 手 须 用 肥 皂 洗 净, 进 行 操 作 前 用 75%C2H5OH 擦 抹 双 手 3. 操 作 时, 注 意 : (1) 若 是 试 管, 应 在 酒 精 灯 火 焰 上 封 口, 接 种 迅 速 避 免 烧 伤 材 料, 若 是 培 养 瓶, 拧 开 盖 子, 迅 速 将 材 料 放 入 (2) 每 接 一 瓶, 用 具 都 应 用 95% 或 无 水 酒 精 棉 球 擦 并 在 火 焰 上 烧 灼, 避 免 交 叉 污 染 (3) 操 作 结 束, 整 理, 清 洁 干 净 用 具 五 作 业 1 将 本 次 实 验 写 成 实 验 报 告 2 实 验 中, 选 用 不 同 的 愈 伤 诱 导 培 养 基, 形 成 的 愈 伤 组 织 有 什 么 不 同? 哪 种 诱 导 培 养 基 对 诱 导 烟 草 愈 伤 组 织 最 为 有 效? 3 植 物 激 素 对 诱 导 植 物 愈 伤 组 织 有 何 种 影 响?

111 实 验 七 成 熟 胚 的 离 体 培 养 ( 种 胚 ) 一 目 的 要 求 成 熟 胚 保 存 期 长 材 料 丰 富, 且 不 受 季 节 植 物 发 育 时 期 等 因 素 限 制, 具 有 取 材 方 便 操 作 简 单 等 优 点, 是 进 行 小 麦 基 因 转 化 的 良 好 受 体 通 过 本 实 验, 学 习 小 麦 或 水 稻 成 熟 胚 离 体 培 养 的 基 本 方 法 和 步 骤, 掌 握 种 胚 愈 伤 组 织 诱 导 的 基 本 技 能 二 材 料 仪 器 与 试 剂 1. 材 料 : 小 麦 种 子 或 水 稻 种 子 2. 仪 器 : 超 净 工 作 台 灭 菌 锅 解 剖 刀 长 镊 子 烧 杯 培 养 皿 移 液 管 等 3. 试 剂 : 培 养 基 70% 乙 醇 2% 有 效 氯 次 氯 酸 钠 溶 液 无 菌 水 等 三 方 法 步 骤 ( 一 ) 小 麦 的 成 熟 胚 培 养 : 挑 选 饱 满 整 齐 无 病 虫 害 的 小 麦 种 子, 将 小 麦 干 种 子 用 75% 酒 精 浸 泡 5 min, 2% NaClO 处 理 20 min, 无 菌 水 冲 洗 5 次, 转 入 灭 菌 的 培 养 皿 中 浸 泡 6h, 剥 胚, 纵 切, 盾 片 朝 上 接 于 诱 导 培 养 基 上,25 暗 培 养 诱 导 愈 伤 组 织 产 生, 每 隔 3d 观 察 一 次 愈 伤 生 长 情 况 接 种 后 25d 将 形 成 的 愈 伤 转 移 到 分 化 培 养 基 上,25 光 照 诱 导 绿 苗 产 生 诱 导 培 养 基 :MS+ 2 mg/ L 2, 4-D 分 化 培 养 基 :MS mg/ L KT mg/ L IAA ( 二 ) 水 稻 的 成 熟 胚 培 养 : 挑 选 饱 满 整 齐 无 病 虫 害 的 水 稻 种 子 剥 去 颖 壳, 取 成 熟 的 水 稻 种 子 胚 ; 用 解 剖 刀 切 取 含 成 熟 胚 的 种 子 半 粒, 要 尽 可 能 的 小 心 不 要 伤 及 胚 ; 移 到 超 净 工 作 台 内 用 75% 的 酒 精 浸 洗 30s-lmin, 转 入 稀 释 的 NaClO 溶 液 (NaClO 与 蒸 馏 水 体 积 比 为 1:2) 浸 泡 30 分 钟, 并 不 断 摇 晃 ; 倒 去 消 毒 水, 用 无 菌 水 漂 洗 7-9 次 ; 将 成 熟 胚 接 种 于 配 制 好 的 诱 导 培 养 基 上, 种 胚 面 向 下, 按 次 序 摆 放 放 在 纸 盒 内, 于 恒 温 培 养 箱 中 下 暗 培 养 7 天 7 天 后, 选 择 出 芽 的 长 得 好 的 水 稻, 在 超 净 工 作 台 里 夹 取 到 无 菌 培 养 皿 里 去 除 芽 和 根, 切 下 愈 伤 组 织 接 种 到 继 代 培 养 的 培 养 基 上 继 续 暗 培 养 待 愈 伤 组 织 长 大 后 可 转 入 分 化 培 养 基 上,26-28 光 照 诱 导 绿 苗 产 生 诱 导 培 养 基 : MS +2mg/L 2,4-D +0.8% 琼 脂 (ph5.8) 分 化 培 养 基 :MS mg/ L6-BA+ 1 mg/ L KT 四 作 业 1 将 本 实 验 的 操 作 过 程 及 实 验 结 果 整 理 成 实 验 报 告 2. 在 成 熟 胚 培 养 的 无 菌 操 作 过 程 中 需 要 注 意 哪 些

112 实 验 八 茎 段 培 养 一 目 的 要 求 无 性 繁 殖 植 物 常 采 用 扦 插 法, 由 于 枝 条 有 限, 短 期 内 难 以 繁 殖 出 大 量 苗 木, 而 用 组 织 培 养 快 速 繁 殖 是 一 个 理 想 的 方 法 在 植 物 快 速 繁 殖 过 程 中, 常 采 用 带 节 间 的 茎 段 作 为 外 植 体, 通 过 腋 芽 萌 发 获 得 小 植 株 通 过 本 次 实 验, 要 求 学 生 学 习 茎 段 培 养 的 基 本 方 法 和 步 骤, 掌 握 茎 段 的 剪 切 和 插 放 方 法, 进 一 步 掌 握 无 菌 操 作 技 术 二 实 验 安 排 分 组 提 前 准 备 好 培 养 基, 接 种 单 独 完 成 三 材 料 仪 器 与 试 剂 1. 材 料 : 菊 花 嫩 枝 或 月 季 嫩 枝 2. 仪 器 : 超 净 工 作 台 灭 菌 锅 显 微 镜 剪 刀 长 镊 子 烧 杯 (500ml) 培 养 皿 移 液 管 等 3. 试 剂 : 配 制 好 的 MS 培 养 基 各 种 母 液 1mol/L 的 NaOH 1mol/LHCL 0.1% 的 升 汞 1 MS+0.2mg/LNAA + 0.8% 琼 脂 (PH5.8); 2 MS+0.2mg/LNAA mg/l6-ba+ 0.8% 琼 脂 (PH5.8); 3 MS+0.2mg/LNAA +0.5 mg/l6-ba+ 0.8% 琼 脂 (PH5.8); 4 MS+0.2mg/LNAA +1 mg/l6-ba+ 0.8% 琼 脂 (PH5.8); 四 方 法 步 骤 1. 材 料 的 选 择 ; 选 用 的 枝 条 要 求 表 面 光 滑 无 病 虫 害 2. 培 养 步 骤 : (1) 材 料 的 灭 菌 : 选 取 长 约 10 厘 米 的 菊 花 嫩 枝 或 月 季 嫩 枝 于 0.1% 的 升 汞 溶 液 中 表 面 消 毒 15 分 钟, 然 后 用 无 菌 水 冲 洗 3 次 (2) 用 剪 刀 将 灭 菌 后 的 枝 条 剪 成 厘 米 长 带 一 个 芽 的 小 段 打 开 培 养 容 器 盖 子, 将 茎 段 按 其 自 然 极 性 方 向 垂 直 插 入 培 养 基, 盖 好 培 养 容 器 盖 子, 置 于 超 净 台 上 适 当 位 置 对 接 种 用 具 超 净 台 面 操 作 者 手 等 进 行 适 当 灭 菌 处 理, 继 续 接 种 如 此 操 作, 直 至 完 成 (3) 培 养 条 件 : 培 养 物 置 于 25 左 右 的 培 养 室 中, 每 天 光 照 12 小 时, 光 照 度 为 lx 五 作 业 1 将 本 次 实 验 整 理 成 实 验 报 告, 2 进 行 试 验 结 果 的 观 测 比 较 记 录 和 分 析

113 实 验 九 花 的 离 体 培 养 一 目 的 要 求 菊 花 为 多 年 生 宿 根 花 卉 菊 花 的 组 织 培 养 主 要 用 于 新 育 成 品 种 的 快 速 繁 殖, 优 良 品 种 去 除 病 毒 和 复 壮 利 用 花 瓣 进 行 组 织 培 养, 其 变 异 率 要 大 于 茎 尖 腋 芽 等 具 有 分 生 组 织 的 外 植 体, 可 作 为 新 品 种 选 育 的 辅 助 手 段 通 过 本 实 验, 熟 悉 菊 花 花 瓣 的 离 体 培 养 的 基 本 方 法 和 步 骤, 掌 握 花 愈 伤 组 织 诱 导 的 基 本 技 能 二 材 料 仪 器 与 试 剂 1. 材 料 : 新 鲜 的 菊 花 花 瓣 2. 仪 器 : 超 净 工 作 台 灭 菌 锅 解 剖 刀 长 镊 子 烧 杯 培 养 皿 移 液 管 等 3. 试 剂 : 培 养 基 70% 乙 醇 2% 有 效 氯 次 氯 酸 钠 溶 液 三 方 法 步 骤 1. 配 制 培 养 基 适 合 菊 花 花 瓣 分 化 培 养 的 培 养 基 为 MS + 6-BA 3mg/L + NAA 0.1mg/L + 糖 3%+ 琼 脂 0.8% ph 外 植 体 的 灭 菌 消 毒 选 取 新 鲜 的 菊 花 花 瓣, 用 洗 衣 粉 洗 净 表 面, 自 来 水 冲 洗 30min, 再 用 吸 水 纸 吸 干 水 分 然 后 移 入 超 净 工 作 台, 用 70% 乙 醇 消 毒 30sec, 接 着 用 2% 有 效 氯 次 氯 酸 钠 溶 液 消 毒 20min 或 0.1% HgCl2 溶 液 10min 最 后 用 无 菌 水 洗 5~6 次, 灭 菌 过 的 滤 纸 吸 干 水 分 3. 接 种 培 养 用 灭 菌 的 剪 刀 把 花 瓣 头 尾 剪 去, 剪 成 一 至 两 段, 接 种 在 MS+BA 3mg/L+ NAA 0.1mg/L 的 培 养 基 中, 经 26~28, 光 照 强 度 1000~2000lex, 每 天 照 光 12h, 培 养 14d 左 右, 就 可 诱 导 出 愈 伤 组 织, 再 培 养 10~15d 便 可 分 化 出 不 定 芽 当 芽 长 到 1~2cm 时, 分 割 芽 转 入 MS + NAA 0.5mg/L 生 根 培 养 基 中, 继 续 培 养 10d 左 右, 就 可 以 长 出 白 根, 形 成 完 整 的 植 株 四 作 业 1 将 本 实 验 的 操 作 过 程 及 实 验 结 果 整 理 成 实 验 报 告

114 实 验 十 根 的 离 体 培 养 一 目 的 要 求 胡 萝 卜 是 细 胞 和 组 织 培 养 中 常 用 的 经 典 材 料, 是 教 学 实 验 的 良 好 材 料 通 过 本 实 训, 要 求 学 生 熟 悉 胡 萝 卜 离 体 根 培 养 的 基 本 方 法 和 步 骤, 掌 握 愈 伤 组 织 诱 导 的 基 本 技 能 二 实 验 安 排 分 组 提 前 做 好 培 养 基, 接 种 单 独 完 成 三 材 料 仪 器 与 试 剂 1. 材 料 : 大 而 新 鲜 的 胡 萝 卜 2. 仪 器 : 超 净 工 作 台 灭 菌 锅 显 微 镜 解 剖 刀 刮 皮 刀 不 锈 钢 打 孔 器 长 镊 子 烧 杯 (500ml) 培 养 皿 移 液 管 等 3. 试 剂 : 培 养 基 (MS+10mg/L2,4-D+2mg/L6-BA) 70% 乙 醇 2% 的 次 氯 酸 钠 溶 液 四 方 法 步 骤 1. 将 胡 萝 卜 用 自 来 水 冲 洗 干 净, 用 刮 皮 刀 除 去 表 皮 1-2mm, 横 切 成 大 约 10mm 厚 的 切 片 以 下 步 骤 均 在 无 菌 条 件 下 进 行 2. 胡 萝 卜 片 经 70% 乙 醇 处 理 30 秒 钟 后, 用 无 菌 水 冲 洗 一 遍, 再 用 2% 的 次 氯 酸 钠 溶 液 浸 泡 10 分 钟, 无 菌 水 冲 洗 3~4 次 3. 将 胡 萝 卜 片 放 入 培 养 皿 中, 一 手 用 镊 子 固 定 胡 萝 卜 片, 一 手 用 打 孔 器 垂 直 打 孔, 每 个 小 孔 打 在 靠 近 维 管 形 成 层 的 区 域, 务 必 打 穿 组 织 然 后 从 组 织 片 中 抽 出 打 孔 器, 将 胡 萝 卜 组 织 片 收 集 在 装 有 无 菌 水 的 培 养 皿 重 复 打 孔 步 骤, 直 至 收 集 到 足 够 数 量 的 组 织 圆 片 4. 用 镊 子 取 出 组 织 圆 片, 放 入 培 养 皿 中, 用 刀 片 将 组 织 圆 片 切 成 2mm 长 的 小 块, 放 入 装 有 无 菌 水 的 培 养 皿 中 在 整 个 操 作 过 程 中 镊 子 和 解 剖 刀 要 多 次 火 焰 消 毒, 冷 却 后 再 使 用 5 将 胡 萝 卜 组 织 小 块 放 到 灭 过 菌 的 滤 纸 上, 吸 干 水 分 后 接 种 到 培 养 基 表 面 注 意 接 种 时 培 养 瓶 要 有 一 定 倾 斜 度, 接 种 过 程 中 镊 子 不 要 直 接 在 培 养 基 上 方 完 成, 以 减 少 污 染 机 会 6 将 培 养 物 一 部 分 置 于 25 温 箱 中 暗 培 养, 另 一 部 分 到 光 照 培 养 室 中 进 行 培 养, 以 比 较 光 照 和 暗 培 养 对 愈 伤 组 织 诱 导 的 反 映 五 作 业 1 结 果 及 观 察 : 培 养 约 一 周 后, 外 植 体 表 面 开 始 变 得 粗 糙, 有 许 多 光 亮 点 出 现, 这 是 愈 伤 组 织 开 始 形 成 的 症 状 2 将 本 次 实 验 内 容 写 成 实 验 报 告

115 继 代 培 养 通 过 外 植 体 进 行 初 代 培 养, 能 否 不 断 增 殖 并 进 行 继 代, 既 是 植 物 组 织 培 养 能 否 成 功 实 际 应 用 的 关 键, 又 是 植 物 离 体 快 速 繁 殖 中 第 二 个 阶 段 的 目 的, 也 是 最 为 重 要 的 一 个 问 题 外 植 体 的 细 胞 经 过 启 动, 分 裂 和 分 化 等 一 系 列 深 刻 变 化 过 程, 形 成 了 无 序 结 构 的 愈 伤 组 织 块, 它 们 若 在 原 培 养 基 上 继 续 培 养, 由 于 培 养 基 中 营 养 不 足 或 有 毒 代 谢 物 的 积 累 会 导 致 愈 伤 组 织 块 停 止 生 长, 直 至 老 化 变 黑 死 亡, 因 此, 若 是 要 求 愈 伤 组 织 继 续 生 长 增 殖, 必 须 定 期 地 ( 如 2~4 周 ) 将 它 们 分 成 小 块 接 种 到 新 鲜 的 培 养 基 上 ( 培 养 基 配 方 同 原 培 养 基 ) 继 代 培 养, 愈 伤 组 织 仍 可 保 持 旺 盛 生 长, 若 每 8~10 天 继 代 一 次, 还 可 获 得 胚 性 愈 伤 组 织 细 胞 团, 在 切 口 处 产 生 黄 色 或 乳 黄 色 的 愈 伤 组 织, 表 面 呈 颗 粒 状 突 起,30 天 左 右 颗 粒 状 突 起 出 现 大 量 球 形 棒 状 的 胚 状 体 细 胞 团, 同 样, 可 以 用 分 割 方 法 进 行 反 复 继 代 培 养 愈 伤 组 织 的 质 地 有 明 显 差 异, 有 的 很 松 脆, 有 的 很 坚 实, 两 种 愈 伤 组 织 可 以 互 相 转 变 ; 加 入 高 浓 度 生 长 素 可 使 坚 实 的 愈 伤 组 织 变 松 脆, 反 之, 降 低 或 除 去 生 长 素, 松 脆 愈 伤 组 织 可 以 转 变 为 坚 实 型 松 脆 的 愈 伤 组 织 有 大 量 的 分 生 组 织 中 心 能 进 行 活 跃 的 细 胞 分 裂 ; 坚 实 的 愈 伤 组 织 很 少 分 化, 大 都 是 高 度 液 泡 化 的 细 胞, 松 脆 的 愈 伤 组 织 是 进 行 悬 浮 培 养 的 最 适 材 料, 稍 经 机 械 振 荡, 便 可 使 组 织 分 散 成 单 细 胞 或 少 数 几 个 细 胞 组 成 的 小 细 胞 团 愈 伤 组 织 长 期 继 代 培 养 往 往 容 易 引 起 其 细 胞 的 染 色 体 变 化, 如 出 现 多 倍 体, 非 整 倍 体 染 色 体 丢 失 染 色 体 断 裂 或 重 组, 随 继 代 培 养 次 数 和 时 间 的 增 加, 愈 伤 组 织 的 此 种 变 化 频 率 也 随 之 增 加, 这 对 保 持 供 体 植 物 的 遗 传 性 很 不 利, 继 代 增 殖 的 代 数 视 不 同 作 物 不 一 样, 一 般 能 达 到 继 代 增 殖 2~10 倍, 即 可 用 于 大 量 繁 殖, 不 要 盲 目 追 求 过 高 增 殖 倍 数, 甘 蔗 不 超 过 10 代, 香 蕉 芽 不 能 超 过 12 代 一 个 芽 繁 殖 不 能 超 过 2.5 倍 一. 继 代 培 养 方 法 继 代 培 养 可 以 固 体 和 液 体 培 养 两 种 方 法 : 1. 固 体 培 养 : 多 数 继 代 方 法 都 用 固 体 培 养, 将 愈 伤 组 织 分 割 成 小 块 或 进 行 分 株 分 割 剪 截 ( 剪 成 单 芽 茎 段 ) 并 转 接 于 新 鲜 培 养 基 上 2. 液 体 培 养 : 以 原 球 茎 或 胚 状 体 方 式 增 殖, 可 用 液 体 培 养 进 行 继 代 培 养, 进 行 振 荡 培 养 ( 用 旋 转 振 荡 培 养 ), 保 持 22 恒 温, 连 续 光 照 二. 继 代 培 养 基 大 多 数 继 代 培 养 基 与 原 诱 导 培 养 基 相 同 ( 如 : 甘 蔗 香 蕉 ) 但 也 有 认 为 改 变 培 养 基 的 培 养 条 件 来 保 持 继 代 培 养, 有 的 加 活 性 炭, 有 的 从 MS 培 养 基 转 入 降 低 氨 态 N 和 钙, 增 加 硝 态 N Mg P 的 培 养 基 中, 有 的 认 为 在 继 代 培 养 基 中 用 KT 优 于 ZIP, 认 为 可 使 用 较 弱 的 细 胞 分 裂 素

116 实 验 十 一 烟 草 愈 伤 组 织, 胚 状 体 继 代 培 养 烟 草 嫩 叶 接 种 在 诱 导 培 养 基 上 一 周 后 便 逐 渐 形 成 愈 伤 组 织, 为 保 持 愈 伤 组 织 的 旺 盛 生 长, 一 般 约 3~4 周 将 愈 伤 组 织 进 行 继 代 培 养, 继 代 培 养 控 制 在 10 代 左 右 方 法 : 1. 在 无 菌 条 件 下, 用 无 菌 的 镊 子 ( 或 接 种 针 ) 从 培 养 瓶 中 取 出 愈 伤 组 织, 将 它 们 放 在 无 菌 的 培 养 皿 中 2. 用 无 菌 解 剖 刀 把 每 块 愈 伤 组 织 分 割 成 若 干 小 块 ( 一 般 不 小 于 5mm 5mm) 并 把 已 坏 死 的 区 域 弃 去 3. 用 无 菌 镊 子 将 小 块 愈 伤 组 织 放 入 新 鲜 的 培 养 基 上, 每 瓶 ( 或 管 培 养 基 可 以 放 3~5 块, 盖 上 盖 子 )( 或 塞 上 塞 子 ) 后 置 于 培 养 室 中 继 代 培 养 烟 草 细 胞 胚 状 体 的 发 生, 有 2 种 途 径 : 一 是 直 接 由 烟 草 嫩 叶 ( 或 芽 ) 的 愈 伤 组 织 产 生, 烟 草 嫩 叶 离 体 培 养 10~15 天, 可 看 到 蔗 叶 边 缘 愈 伤 组 织 上 长 出 松 散 的 黄 白 的 颗 粒 的 胚 性 细 胞 团, 并 可 在 原 培 养 基 上 下 经 转 移 直 接 发 育 成 小 植 株 ; 二 是 通 过 愈 伤 组 织 挑 选 胚 状 体 细 胞 团 从 中 筛 选 胚 性 细 胞 无 性 系, 在 继 代 繁 殖 培 养 中 产 生 大 量 的 胚 状 体, 前 者 产 生 胚 状 体 频 率 低, 后 者 产 生 胚 状 体 的 频 率 高 采 用 固 体 培 养 或 液 体 培 养 培 养 基 :MS+NAA 1-4mg/L +KT 1. 3mg/L + 蔗 糖 3%+ 琼 脂 0.8%( 液 体 不 加 )PH5.8~6.0 都 可 育 出 胚 性 细 胞 无 性 系 经 验 证 明 : 新 分 离 的 愈 伤 组 织 往 往 具 有 较 强 的 再 生 能 力 但 经 过 多 次 继 代 后, 形 成 器 官 的 能 力 会 逐 渐 降 低, 以 至 最 后 消 失, 烟 草 愈 伤 组 织 继 代 培 养 中 和 愈 伤 组 织 转 到 分 化 培 养 基 中, 都 可 获 得 生 活 力 强 的 胚 性 细 胞 团, 而 以 愈 伤 组 织 的 继 代 增 殖 的 数 量 大, 因 愈 伤 组 织 转 化 培 养 的 过 程 中 一 面 在 分 化 绿 苗, 一 面 在 增 殖 胚 性 细 胞 团, 影 响 增 殖 数 量, 但 两 者 都 可 用 于 继 代 培 养, 即 一 种 是 连 续 继 代 培 养, 不 转 到 分 化 培 养 基 中, 等 胚 性 细 胞 团 增 殖 到 一 定 数 量, 然 后 一 齐 转 到 分 化 培 养 基 中 培 养, 可 以 一 定 时 间 内 获 得 大 量 的 绿 苗, 另 一 种 是 边 分 化 边 继 代, 当 转 到 培 养 基 后, 先 分 化 的 先 出 苗, 后 分 化 的 后 出 苗, 每 隔 27~56 天 继 代 一 次, 每 次 扩 大 15~20 倍, 在 每 次 继 代 培 养 或 边 继 代 边 分 化 的 培 养 过 程 中 都 要 选 择 松 散 的 颗 粒 的 鲜 明 黄 白 生 活 力 强 的 优 质 胚 性 细 胞 团 培 养, 对 那 些 半 透 明 半 颗 状 或 老 化 变 黑 的 愈 伤 组 织 转 去 分 化 培 养, 不 予 继 代 培 养, 一 般 继 代 3~5 次 便 可, 如 发 现 有 衰 退 现 象 自 然 不 应 继 代 培 养 下 去 分 化 成 苗 培 养 从 外 植 体 形 成 器 官 或 细 胞 无 性 系 的 形 态 发 生, 有 两 种 方 法, 一 种 是 不 定 芽 方 式, 指 细 胞 或 愈 伤 组 织 培 养 物, 通 过 形 成 不 定 芽 再 生 成 植 株 这 是 细 胞 和 组 织 培 养 中 常 见 的 器 官 发 生 方

117 式, 有 三 个 不 同 生 长 阶 段 第 一 阶 段, 细 胞 和 离 休 外 植 体 脱 分 化 形 成 愈 伤 组 织 ; 第 二 阶 段, 愈 伤 组 织 中 形 成 一 些 分 生 细 胞, 继 而 形 成 植 株 结 构 ; 第 三 阶 段 是 器 官 原 基 的 形 成 器 官 原 基 是 由 一 个 或 一 小 团 分 生 细 胞 分 裂 而 形 成 的, 这 些 分 生 组 织 块 只 有 在 一 定 条 件 下, 逐 渐 能 见 到 构 成 器 官 的 纵 轴 上 表 现 出 单 向 极 性, 从 而 分 化 出 芽 和 根, 另 一 种 是 胚 状 体 方 式, 指 由 培 养 细 胞 或 组 织 诱 导 分 化 出 具 胚 芽 和 胚 根 的 胚 状 体 结 构 ( 胚 状 体 ) 进 而 发 育 成 完 整 植 株 影 响 愈 伤 组 织 分 化 成 器 官 要 在 一 定 合 适 的 条 件 下 才 能 实 现, 这 些 条 件 中, 培 养 的 生 长 调 节 剂 种 类 及 浓 度 和 营 养 成 分 等 具 有 重 要 作 用, 其 他 如 光 照 温 度 ph 等 也 有 一 定 关 系 试 验 证 明 形 成 器 官 的 类 型 受 培 养 中 两 种 激 素 的 相 对 浓 度 的 控 制, 较 高 浓 度 的 KT( 细 胞 分 裂 素 ) 则 促 进 芽 的 形 成 而 抵 制 根 的 形 成, 反 之, 较 高 浓 度 的 生 长 素 有 利 于 根 的 形 成 而 抵 制 芽 的 形 成,6-BA ZT( 玉 米 素 ) 和 Zip(N- 异 戊 烯 氨 基 嘌 呤 ) 等 具 有 与 KT 相 同 的 作 用, 而 且 效 力 更 大, 并 被 广 泛 应 用, 试 验 发 现 激 动 素 (KT) 促 进 芽 的 发 生, 并 非 浓 度 越 高 越 好, 而 是 有 一 合 适 的 范 围, 在 有 较 高 浓 度 的 IAA 和 IBA 好, 但 用 IAA 和 IBA 处 理, 产 生 的 根 比 较 健 壮, 而 用 NAA 的 产 生 的 根 较 纤 细,2,4-D 往 往 对 生 根 不 利, 特 别 是 在 较 高 的 浓 度 下, KT 玉 米 素 (ZT) 和 BA 均 能 促 进 芽 的 形 成, 其 中 BA 的 效 果 最 好, 玉 米 素 的 作 用 范 围 较 窄, 通 常 都 采 用 BA 和 KT 来 诱 导 芽 的 发 生 诱 导 愈 伤 组 织 形 成 的 生 长 素 水 平 往 往 对 愈 伤 组 织 的 器 官 发 生 也 有 影 响, 如 高 浓 度 2,4-D 或 其 他 生 长 素 诱 导 的 愈 伤 组 织, 通 常 结 构 疏 松, 器 官 发 生 能 力 较 差, 如 果 在 诱 导 愈 伤 组 织 形 成 时, 加 入 适 量 细 胞 分 裂 素, 对 其 器 官 发 生 的 状 况, 便 会 有 所 改 善, 近 来, 在 愈 伤 组 织 器 官 发 生 中, 已 开 始 较 多 的 使 用 ABA( 脱 落 酸 ) GA 3 ( 亦 霉 素 ),ABA 对 芽 分 化 有 促 进 作 用 已 得 到 广 泛 的 实 验 证 明,GA 3 对 芽 的 发 生 并 未 见 有 直 接 促 进 作 用 的 报 道, 但 对 芽 的 生 长 有 良 好 作 用 诱 导 生 根 对 培 养 基 中 无 机 离 子 浓 度 的 要 求 低 一 些, 故 常 用 White 二 分 之 一 MS 培 养 基, 同 时 有 的 情 况 下 对 某 些 离 子 的 形 式 也 有 不 同 要 求, 如 对 氮 的 要 求, 有 的 植 物 要 求 硝 态 氮, 而 有 的 植 物 则 提 供 氨 态 氮 为 佳 此 外, 某 些 微 量 元 素 对 器 官 分 化 有 明 显 影 响, 如 Fe 对 烟 草 花 药 培 养 对 其 胚 状 体 的 形 成, 有 良 好 作 用, 其 它 元 素 如 Zn Mn 等 均 不 能 代 替 Fe 的 作 用 培 养 基 中 通 常 有 机 物 有 足 够 的 糖 硫 胺 素 吡 哆 醇 烟 酸 肌 醇 甘 氨 酸 等, 可 以 满 足 愈 伤 组 织 的 生 长 和 分 化 的 要 求 ; 此 外, 还 可 以 加 入 适 量 的 其 他 成 分, 如 某 些 氨 基 酸, 嘌 呤 和 嘧 啶 等 类 物 质, 对 器 官 分 化 有 促 进 作 用 糖 的 种 类 和 浓 度 对 培 养 组 织 的 增 殖 及 以 后 的 器 官 分 化 均 有 明 显 的 影 响, 它 不 仅 是 碳 源 和 能 源, 而 且 也 是 培 养 基 的 渗 透 势 调 节 剂, 通 常 在 培 养 基 中 加 2~3% 的 蔗 糖 可 满 足 需 要 在 培 养 基 中 添 加 一 些 天 然 的 植 物 提 取 液, 如 椰 子 汁 麦 芽 汁 酵 母 提 取 物, 番 茄 果 汁 荸 荠 汁 马 铃 薯 块 茎 提 取 液, 幼 嫩 玉 米 汁 等 对 器 官 分 化 常 有 良 好 效 果 其 中 最 常 用 的 是 椰 子 乳 汁 (CM), 这 些 汁 液 最 主 要 作 用 是 提 供 了 一 些 生 理 活 性 物 质, 其 次 是 补 充 了 一 些 未 知 的

118 微 量 成 分 通 常 对 于 组 织 培 养 中 器 官 发 生 并 不 需 要 很 强 的 光 照, 花 药 培 养 中 大 量 实 践 证 明 了 这 一 点, 各 种 植 物 的 组 织 培 养 的 器 官 发 生 不 需 要 光, 但 在 组 织 培 养 过 程 中 进 行 分 化 培 养 时, 通 常 都 是 在 一 定 光 照 下 进 行 的, 因 为 它 至 少 对 绿 苗 的 形 成 根 的 发 生 枝 的 分 化 和 胚 状 体 的 形 成 有 促 进 作 用, 特 别 是 芽 发 生 后, 应 给 予 适 当 光 照, 但 光 ( 尤 其 是 较 强 的 光 ) 对 根 的 发 生 以 后 生 长, 往 往 有 一 定 的 抵 制 作 用, 故 通 常 在 生 根 培 养 基 中 添 加 适 量 的 活 性 炭, 对 培 养 容 器 的 基 部 盖 以 黑 纸 光 照 长 度 对 具 有 敏 感 的 光 周 期 反 应 的 植 物 的 组 织 培 养 物 的 器 官 发 生 有 明 显 的 影 响 温 度 一 般 均 用 恒 温 条 件, 培 养 室 的 温 度 最 好 能 保 持 一 定 的 昼 夜 温 差, 白 天 高, 夜 晚 低, 这 对 器 官 发 生 和 生 长 均 有 利 在 组 织 培 养 中, 必 须 及 时 转 移 已 形 成 的 较 幼 嫩 的 生 长 旺 盛 的 愈 伤 组 织 至 分 化 培 养 基 上, 可 大 大 提 高 苗 的 分 化 频 率 愈 伤 组 织 的 继 代 次 数 对 器 官 分 化 影 响 很 大, 特 别 是 一 些 禾 谷 类 作 物, 苗 的 分 化 频 率 随 愈 伤 组 织 的 继 代 次 数 而 逐 渐 下 降 培 养 物 的 生 根 培 养 植 物 离 休 培 养 物 ( 无 菌 试 管 苗 ) 根 的 发 生 都 来 自 不 定 根, 根 的 形 成 从 形 态 上 分 两 个 阶 段 即 根 原 基 形 成 和 根 原 基 的 伸 长 和 生 长, 影 响 植 物 离 体 培 养 生 根 的 因 素 很 多 有 离 体 材 料 自 身 的 生 理 生 化 状 态, 也 有 外 部 的 条 件 因 素 一 般 木 本 植 物 比 草 本 植 物 难, 成 年 树 比 幼 年 树 难, 乔 木 比 灌 木 难, 外 部 因 素 :(1) 基 本 培 养 基 : 大 多 数 使 用 低 浓 度 的 MS 培 养 基, 其 中 使 用 1/2MS 或 1/3MS 培 养 基, 降 低 无 机 盐 浓 度 有 利 于 生 根, 加 铁 盐 则 更 好, 微 量 元 素 中 以 B Fe 对 生 根 有 利, 糖 的 浓 度 通 常 采 用 低 浓 度 一 般 在 1%-3%;(2) 植 物 激 素 : 采 用 单 一 种 生 长 素 的 占 51.5%, 生 长 素 加 激 动 素 占 20.1%, 愈 伤 组 织 分 化 根 时, 使 用 NAA 最 多 浓 度 为 在 0.02-o.6mg/L 为 多, 使 用 IAA+KT 的 浓 度 范 围 为 和 0.01mg/L 而 以 1-4 和 mg/L 居 多 数, 而 要 胚 轴 茎 段 插 枝 等 材 料 分 化 根 时 使 用 IBA 居 首 位, 浓 度 为 mg/L 以 1mg/L 为 多, 可 见 生 根 培 养 多 数 使 用 生 长 素, 大 都 以 IBA IAA NAA 单 独 用 或 配 合 使 用 或 与 低 浓 度 KT 配 合 使 用,NAA 与 细 胞 分 裂 素 配 合 时 摩 尔 比 在 20-30:1 为 好 不 定 根 形 成, 其 中 激 素 起 决 定 性 作 用, 生 长 素 却 能 促 进 生 根, 一 般 赤 霉 素 细 胞 分 裂 素 乙 烯 通 常 利 于 生 根, 如 与 生 长 素 配 合, 一 般 其 浓 度 均 低 于 生 长 素 浓 度, 脱 落 酸 (ABA) 可 能 有 助 于 生 根 近 年 来 为 促 进 试 管 苗 的 生 根, 改 变 了 通 常 将 激 素 预 先 添 加 在 培 养 基 中 的 做 法, 而 是 将 需 生 根 材 料 在 一 定 浓 度 激 素 中 浸 泡 或 培 养 一 定 时 间, 然 后 转 入 无 激 素 培 养 基 中 培 养, 能 显 著 提 高 生 根 率, 如 苹 果 新 梢 预 先 在 IAA 溶 液 中 浸 泡 1 小 时, 这 样 比 预 先 加 到 培 养 基 中 效 果 好

119 实 验 十 二 分 化 成 苗 及 生 根 培 养 一 目 的 要 求 了 解 愈 伤 组 织 再 分 化 原 理, 学 习 诱 导 愈 伤 组 织 分 化 的 方 法 愈 伤 组 织 在 离 体 培 养 过 程 中, 组 织 和 细 胞 的 潜 在 发 育 能 力 可 以 在 某 种 程 度 上 得 到 表 达, 伴 随 着 反 复 的 细 胞 分 裂, 又 开 始 新 的 分 化 将 脱 分 化 的 细 胞 团 或 组 织 重 新 分 化 而 产 生 出 新 的 具 有 特 定 结 构 和 功 能 的 组 织 或 器 官 的 一 种 现 象, 称 为 再 分 化 在 一 定 的 培 养 条 件 下, 愈 伤 组 织 通 过 分 化 可 以 形 成 苗 或 根 的 分 生 组 织 甚 至 是 胚 状 体, 继 而 发 育 成 完 整 的 植 株 二 实 验 器 材 超 净 工 作 台 灭 菌 锅 解 剖 刀 长 镊 子 培 养 瓶 等 三 实 验 试 剂 与 材 料 1. 材 料 : 烟 草 愈 伤 组 织 2. 试 剂 :MS 培 养 基 母 液 2,4-D 6-BA NAA 蔗 糖 琼 脂 70% 乙 醇 20% 的 次 氯 酸 钠 溶 液 四 实 验 步 骤 1 配 制 分 化 ( 成 芽 ) 培 养 基 : 1MS+0.1mg/L 6-BA+0.5mg/L NAA 2MS+0.5mg/L 6-BA+0.5mg/L NAA 3MS+2mg/L 6-BA+0.5mg/L IAA 生 根 培 养 基 :MS+0.5mg/L IAA 2 按 照 无 菌 操 作, 小 心 挑 取 愈 伤 组 织 3-5 个, 放 置 到 分 化 培 养 基 中 注 意 标 明 接 种 日 期 和 外 植 体 名 称 放 置 在 光 照 培 养 箱 中 25 培 养 4 生 长 约 天 后, 将 分 化 出 芽 的 无 根 苗 按 照 无 菌 操 作, 放 置 到 生 根 培 养 基 中 进 行 生 根 培 养 五 作 业 1 将 本 次 实 验 内 容 写 成 实 验 报 告 2 观 察 123 三 种 分 化 培 养 基 对 烟 草 愈 伤 组 织 的 分 化 成 苗 有 什 么 不 同 影 响? 3 愈 伤 组 织 发 生 不 定 芽 和 不 定 根 的 能 力 与 哪 些 因 素 有 关? 组 培 苗 的 移 栽 驯 化 组 织 培 养 中 培 育 出 来 的 苗 通 常 称 为 组 培 苗 或 试 管 苗 由 于 试 管 苗 是 在 无 菌 有 营 养 供 给 适 宜 光 照 和 温 度 近 100% 的 相 对 湿 度 环 境 条 件 下 生 长 的, 因 此, 在 生 理 形 态 等 方 面 都 与 自 然 条 件 生 长 的 正 常 小 苗 有 着 很 大 的 差 异 所 以 必 须 通 过 炼 苗, 例 如 通 过 控 水 减 肥 增

120 光 降 温 等 措 施, 使 它 们 逐 渐 地 适 应 外 界 环 境, 从 而 使 生 理 形 态 组 织 上 发 生 相 应 的 变 化, 使 之 更 适 合 于 自 然 环 境, 只 有 这 样 才 能 保 证 试 管 苗 顺 利 移 栽 成 功 1. 准 备 工 作 (1) 选 择 育 苗 容 器 组 培 苗 移 栽 驯 化 一 般 用 穴 盘, 经 济 实 惠 原 苗 移 栽 可 选 穴 格 穴 容 稍 大 的, 插 扦 苗 可 选 二 者 较 小 的 以 节 省 空 间, 降 低 生 产 成 本 (2) 基 质 选 配 基 质 选 配 有 其 固 定 原 则 基 质 的 作 用 是 固 定 幼 苗, 吸 附 营 养 液 改 善 根 际 透 气 性 组 培 苗 的 移 栽 一 般 用 土 栽 培, 为 提 高 空 间 利 用 率 选 用 穴 盘 的 格 小, 容 纳 的 营 养 介 质 少, 因 而 对 介 质 的 要 求 高 要 求 基 质 保 肥, 吸 水 力 强, 透 气 性 好, 不 易 分 解, 支 撑 性 好 采 用 泥 炭 珍 珠 岩 蛭 石 沙 及 少 量 有 机 质 复 合 肥 混 合 调 配 为 好 (3) 场 地 工 具 及 基 质 灭 菌 装 盘 移 栽 场 地 及 所 有 工 具 必 须 用 灭 菌 药 水 清 洗 (10% 的 漂 白 粉 溶 液, 或 800 倍 的 高 锰 酸 钾 液 泡 10-15min) 基 质 要 先 充 分 混 匀, 用 1000 倍 液 百 菌 清 喷 雾, 搅 拌 如 果 基 质 内 含 土 壤, 消 毒 更 应 严 格 (4) 营 养 液 配 制 1 营 养 液 主 要 成 分 植 物 生 长 发 育 需 要 的 大 量 元 素 有 碳 氢 氧 氮 磷 钾 钙 镁 硫 微 量 元 素 有 铁 氯 锰 硼 锌 铜 和 钼 2 常 用 的 盐 类 的 来 源 配 制 营 养 液 常 用 的 盐 类 是 由 工 厂 提 供 的 工 业 化 合 物 微 量 元 素 用 量 少, 也 可 用 化 学 药 品 代 替 如 : 氮 肥 : 硝 酸 钙 硝 酸 钾 磷 酸 二 氢 铵 硝 酸 铵 尿 素 氮 磷 钾 三 元 复 合 肥 磷 肥 : 磷 酸 二 氢 钾 硫 酸 钾 氯 化 钾 氮 磷 钾 三 元 复 合 肥 钙 肥 : 硝 酸 钙 硫 酸 钙 过 磷 酸 钙 石 膏 2. 组 培 苗 移 栽 (1) 自 然 适 应 组 培 苗 由 试 管 内 条 件 转 入 温 室, 暴 露 于 空 气 中, 环 境 落 差 大, 需 逐 步 适 应 一 般 要 求 从 培 养 室 内 将 培 养 瓶 拿 到 室 温 下 先 放 置 2 周 左 右, 再 打 开 瓶 盖, 置 架 上 4-12h (2) 起 苗 洗 苗 分 级 将 苗 瓶 置 水 中, 用 小 竹 签 伸 入 瓶 中 轻 轻 将 苗 带 出, 尽 量 不 要 伤 及 根 和 嫩 芽, 置 水 中 漂 洗, 将 基 部 培 养 基 全 部 冼 净 将 苗 分 为 有 根 苗 和 无 根 苗 两 类 (3) 移 栽 拿 起 苗, 用 手 指 在 基 质 上 插 洞, 将 苗 根 部 轻 轻 植 入 洞 内, 撒 上 营 养 土, 将 苗 盘 轻 放 入 洇 苗 池 中, 待 水 漫 漫 上 洇 洇 透 后, 将 盘 放 在 传 送 带 上, 送 入 缓 苗 室 无 根 苗 需 光 蘸 生 根 液 再 行 移 植 若 用 栽 苗 机 应 按 规 定 操 作 3. 组 培 苗 扦 插 (1) 为 加 快 繁 殖, 提 高 繁 殖 系 数, 还 可 将 组 培 苗 切 段 扦 插 繁 殖 a. 自 然 适 应 组 培 苗 由 试 管 内 条 件 转 入 温 室, 暴 露 于 空 气 中, 环 境 落 差 大, 需 逐 步 适 应 将 瓶 苗 转 入 温 室, 一 般 要 求 从 培 养 室 内 将 培 养 瓶 拿 到 室 温 下 先 放 置 2 周 左 右, 再 打 开 瓶 盖,

121 置 架 上 4-12h b. 洗 苗 洗 净 的 小 苗 每 叶 节 切 一 段, 基 部 向 下 扦 插 在 洇 足 水 的 沙 盘 中 如 果 苗 不 易 生 根, 可 先 蘸 生 根 粉, 再 扦 插 c. 移 栽 同 试 管 苗 移 栽 4. 幼 苗 驯 化 管 理 组 培 苗 移 栽 后 送 入 驯 化 室, 驯 化 室 一 般 为 防 虫 温 室 移 栽 后 1-2 周 为 关 键 管 理 阶 段, 主 要 是 光 照 水 分 通 风 透 气 等 方 面 本 阶 段 需 弱 光 适 当 低 温 和 较 高 的 空 气 相 对 湿 度 高 温 季 节 简 易 温 室 气 温 回 升 快, 应 加 强 通 风 透 气, 进 行 人 工 喷 雾 本 阶 段 可 适 施 薄 肥, 结 合 喷 水 喷 施 3-5 倍 MS 大 量 元 素 液 一 周 后 每 隔 3 天 叶 面 喷 施 营 养 液 一 次 由 于 空 气 湿 度 低, 气 温 低, 幼 苗 易 感 染 立 枯 病. 猝 倒 病 枯 叶 病, 造 成 死 亡, 因 此 要 及 时 喷 药, 防 冶 病 虫 害 5. 组 培 苗 驯 化 (1) 适 宜 的 基 质 不 同 栽 培 基 质 对 组 培 苗 移 栽 成 活 率 有 显 著 影 响 (2) 苗 的 生 理 状 况 影 响 试 管 苗 移 载 成 活 率 高 低 (3) 温 湿 度 影 响 移 载 成 活 率 组 培 苗 比 较 纤 弱, 适 应 能 力 差, 需 经 过 逐 渐 地 气 候 适 应 驯 化 高 温 季 节 应 注 意 遮 阳 保 温 通 风 透 气, 并 经 常 进 行 人 工 喷 雾 温 度 以 l8-20, 空 气 相 对 湿 度 保 持 在 70%-85% 为 宜 6. 绿 化 炼 苗 温 室 组 培 苗 移 栽 成 活 1-6 周 后, 可 逐 渐 移 至 遮 阳 大 棚 下 进 行 绿 化 炼 苗 本 阶 段 特 点 是 幼 苗 由 驯 化 缓 苗 期 进 入 正 常 的 生 长 根 系 刚 恢 复 生 长, 幼 叶 长 大, 嫩 芽 抽 梢, 肥 水 管 理 非 常 重 要 7. 成 苗 管 理 苗 床 温 湿 度 要 适 宜, 促 控 结 合, 使 苗 木 即 不 徒 长, 又 不 老 化 同 时, 还 需 根 据 气 象 预 报, 注 意 防 寒 通 风 换 气, 确 保 苗 木 的 正 常 生 长 发 育

122 实 验 十 三 组 培 苗 的 驯 化 移 栽 一 目 的 要 求 了 解 组 培 苗 驯 化 炼 苗 的 必 要 性, 学 习 组 培 苗 驯 化 移 栽 的 方 法 二 实 验 材 料 长 至 5-6cm 高 的 组 培 苗 珍 珠 岩 蛭 石 菜 园 土 等 三 实 验 步 骤 1 将 珍 珠 岩 蛭 石 菜 园 土 等 量 混 合, 并 高 温 高 压 灭 菌 ; 2 打 开 已 长 出 白 色 幼 根 的 5-6cm 高 试 管 苗 的 培 养 瓶 口, 在 散 射 光 下 放 置 2d 后 取 出, 洗 去 根 部 残 留 培 养 基, 种 植 于 经 过 消 毒 的 珍 珠 岩 蛭 石 菜 园 土 等 量 混 合 的 基 质 中 四 作 业 1 将 本 次 实 验 内 容 写 成 实 验 报 告 2 以 烟 草 为 材 料, 查 阅 相 关 文 献, 设 计 烟 草 遗 传 转 化 实 验 ( 利 用 农 杆 菌 介 导 法 ) 选 做 : 番 茄 离 体 再 生 体 系 的 建 立 一 实 验 目 的 学 习 利 用 番 茄 子 叶 柄 下 胚 轴 进 行 番 茄 离 体 培 养 的 方 法 二 实 验 安 排 分 组 提 前 做 好 培 养 基, 接 种 单 独 完 成 三 材 料 仪 器 与 试 剂 1. 光 照 培 养 箱 超 净 工 作 台 高 压 灭 菌 锅 2. 培 养 皿 三 角 瓶 培 养 瓶 镊 子 剪 刀 解 剖 刀 等 3. 70% 酒 精 10% 的 84 消 毒 液 无 菌 水 6-BA IAA 等 四 方 法 步 骤 ( 一 ) 番 茄 种 子 的 灭 菌 采 用 了 两 大 类 共 三 种 方 法 对 番 茄 种 子 进 行 灭 菌, 一 类 直 接 进 行 灭 菌 处 理, 另 一 类 先 做 预 处 理 方 法 如 下 : 1 将 番 茄 种 子 在 70% 的 乙 醇 溶 液 中 浸 泡 30~60s, 再 用 10% 的 84 溶 液 浸 泡 10~15min, 最 后 用 无 菌 水 润 洗 3 次 2 番 茄 种 子 用 自 来 水 冲 洗 30min, 再 用 蒸 馏 水 冲 洗 3 遍, 然 后 按 照 1 的 方 法 处 理 3 番 茄 种 子 用 55 温 水 浸 泡 15min, 降 至 室 温 浸 泡 12h, 然 后 按 照 1 的 方 法 处 理

123 番 茄 种 子 灭 菌 处 理 完 后 接 种 于 MS 培 养 基 上 ( 方 法 同 油 菜 种 子 接 种 方 法 ), 置 于 光 照 培 养 箱 内 先 暗 培 养 三 天, 按 如 前 述 的 培 养 条 件 进 行 培 养, 观 察 发 芽 情 况 自 种 子 发 芽 开 始 计 算 苗 龄 比 较 上 述 三 种 方 法 的 灭 菌 效 果 ( 二 ) 外 植 体 的 获 得 子 叶 外 植 体 的 获 得 : 取 一 定 苗 龄 的 幼 苗, 将 子 叶 切 下, 去 除 叶 尖 和 叶 缘, 竖 切 使 暴 露 的 切 口 尽 量 长 且 平 整, 切 成 cm 和 1 1cm 左 右 的 叶 块, 作 为 对 比, 研 究 子 叶 外 植 体 大 小 对 建 立 番 茄 高 效 离 体 培 养 体 系 的 影 响 下 胚 轴 外 植 体 的 获 得 : 取 一 定 苗 龄 的 幼 苗, 取 其 下 胚 轴 切 成 0.5cm 的 小 段 ( 三 ) 外 植 体 不 定 芽 分 化 的 诱 导 取 番 茄 子 叶 外 植 体 下 胚 轴 外 植 体 接 种 于 附 加 了 不 同 浓 度 的 6-BA 的 MS 培 养 基 上 子 叶 外 植 体 每 皿 接 种 20 块 左 右, 下 胚 轴 外 植 体 每 皿 接 种 20 段 左 右 每 个 处 理 重 复 两 次 天 后 进 行 观 察 统 计 比 较 不 同 的 培 养 基 的 激 素 配 比 对 番 茄 外 植 体 不 定 芽 分 化 率 的 影 响 具 体 培 养 基 配 方 为 : a: MS+1.0mg/L6-BA; b: MS+1.0mg/L6-BA+0.2mg/LIAA; c: MS+1.0mg/L6-BA+0.5mg/LIAA; d: MS+1.0mg/L6-BA+0.2mg/LIAA+1mg/LAgNO 3 ; e: MS+1.0mg/L6-BA+0.2mg/LIAA+3mg/LAgNO 3 ; ( 四 ) 不 定 芽 诱 导 生 根 将 番 茄 的 子 叶 下 胚 轴 外 植 体 诱 导 形 成 的 芽 当 其 芽 高 3~4 厘 米, 带 有 2~3 个 叶 片, 生 长 健 壮 的 不 定 芽 从 外 植 体 上 切 下, 切 取 的 芽 段 要 大 于 0.5 cm, 接 种 到 含 有 不 同 IAA 浓 度 的 MS 培 养 基 中,10 天 后 观 察 不 定 根 生 长 情 况 比 较 不 同 的 培 养 基 的 激 素 配 比 对 诱 导 番 茄 外 植 体 不 定 芽 生 根 的 影 响 具 体 培 养 基 配 方 如 下 : a: MS+0.2mg/LIAA; b: MS+0.5mg/LIAA; c: MS+0.2mg/LIAA+0.6mg/L6-BA; 五 作 业 1 观 察 统 计 实 验 结 果, 整 理 实 验 报 告

124 食 品 毒 理 学 实 验 指 导 书 张 海 晖 编 江 苏 大 学 食 品 与 生 物 工 程 学 院 二 〇 一 一 年 九 月

125 实 验 一 实 验 动 物 一 般 操 作 技 术 一 目 的 要 求 1. 掌 握 实 验 动 物 的 选 择 抓 取 编 号 随 机 分 组 方 法 ; 2. 掌 握 实 验 动 物 的 灌 胃 等 常 用 染 毒 方 法 ; 3. 掌 握 实 验 动 物 生 物 材 料 的 采 集 等 技 术 二 实 验 动 物 的 选 择 原 则 毒 理 学 实 验 常 用 的 动 物 有 蛙 蟾 蜍 小 白 鼠 大 白 鼠 豚 鼠 家 兔 猫 和 犬 等 常 根 据 实 验 目 的 和 要 求 选 用 不 同 的 实 验 动 物 由 于 不 同 的 动 物 具 有 不 同 的 特 点, 故 所 选 用 的 动 物 应 能 较 好 地 反 映 试 验 药 物 的 选 择 性 作 用, 并 符 合 节 约 的 原 则 主 要 应 注 意 以 下 几 点 : 1. 尽 量 选 择 与 人 体 结 构 机 能 代 谢 及 疾 病 特 征 相 似 的 动 物 ; 2. 选 用 的 实 验 动 物 的 解 剖 生 理 特 点 应 符 合 实 验 目 的 ; 3. 根 据 人 与 实 验 动 物 对 同 一 刺 激 的 反 应 差 异, 选 用 具 有 明 显 反 应 的 动 物 ; 4. 选 用 结 构 功 能 简 单 又 能 反 映 研 究 指 标 的 动 物 ; 5. 选 用 患 有 人 类 类 似 疾 病 的 近 交 系 或 突 变 系 动 物 ; 6. 选 用 与 实 验 设 计 技 术 条 件 实 验 方 法 等 相 适 应 的 标 准 化 动 物 ; 7. 在 不 影 响 实 验 目 的 与 结 果 的 前 提 下, 选 择 最 易 获 得 经 济 便 于 操 作 管 理 的 动 物 ; 8. 供 实 验 用 的 动 物 应 具 备 质 量 合 格 证 三 仪 器 与 试 剂 动 物 体 重 秤 温 度 计 血 红 蛋 白 计 鼠 笼 灌 胃 器 固 定 器 四 实 验 步 骤 1. 实 验 动 物 的 性 别 鉴 别 毒 理 学 实 验 常 用 的 动 物 中, 较 大 的 动 物 ( 如 家 兔 猫 犬 等 ) 可 以 从 生 殖 器 分 辨 其 性 别, 而 较 小 的 动 物 ( 如 小 白 鼠 大 白 鼠 豚 鼠 等 ) 的 性 别 鉴 别, 通 常 以 肛 门 与 生 殖 孔 之 间 的 距 离 来 判 断, 距 离 近 者 为 雌 性, 距 离 远 者 为 雄 性 2. 实 验 动 物 的 编 号 毒 理 实 验 中 常 用 多 只 动 物 同 时 进 行 实 验, 为 避 免 混 乱 应 将 动 物 进 行 编 号 实 验 动 物 编 号 的 目 的 在 于 将 观 察 范 围 内 的 同 种 动 物 进 行 区 别, 以 便 于 观 察 常 用 的 方 法 有 染 色 法 耳 缘 剪 孔 法 烙 印 法 和 号 牌 法 等, 可 根 据 实 验 目 的 动 物 种 类 和 具 备 的 条 件 选 用, 一 般 编 号 应 具 有 清 晰 易 辨 简 便 耐 久 的 特 点 猫 犬 兔 等 较 大 的 动 物 可 用 特 别 的 号 码 牌 固 定 于 身 上 小 白 鼠 大 白 鼠 及 白 色 家 兔 等 用 黄 色 苦 味 酸 涂 于 动 物 不 同 部 位 进 行 染 色 标 记 而 编 号 例 如 在 小 白 鼠, 右 前 肢 皮 肤 外 侧 涂 色 标 记 为 1 号, 腹 部 右 外 侧 皮 肤 涂 色 标 记 为 2 号, 右 后

126 肢 皮 肤 外 侧 涂 色 标 记 为 3 号, 头 部 皮 肤 涂 色 标 记 为 4 号, 背 部 正 中 皮 肤 标 记 为 5 号, 尾 巴 根 部 标 记 为 6 号,7 8 9 号 在 左 侧 同 号, 第 10 号 不 涂 黄 色 大 白 鼠 的 编 号 与 小 白 鼠 相 同 3. 实 验 动 物 的 捉 拿 给 药 和 处 死 方 法 下 面 以 小 白 鼠 为 例, 说 明 实 验 动 物 的 捉 拿 给 药 和 处 死 方 法 (1) 捉 拿 法 : 可 采 取 双 手 法 和 单 手 法 两 种 形 式 双 手 法 : 右 手 提 起 鼠 尾, 放 在 鼠 笼 盖 或 其 他 粗 糙 面 上, 向 后 方 轻 拉, 小 白 鼠 则 将 前 肢 固 定 于 粗 糙 面 上 此 时 迅 速 用 左 手 拇 指 和 食 指 捏 住 小 白 鼠 颈 背 部 皮 肤, 并 以 小 指 与 手 掌 尺 侧 夹 持 其 尾 根 部, 固 定 于 手 中 单 手 法 : 小 白 鼠 置 于 笼 盖 上, 先 用 左 手 食 指 与 拇 指 抓 住 鼠 尾, 手 掌 尺 侧 及 小 指 夹 住 尾 根 部, 然 后 用 左 手 拇 指 与 食 指 捏 住 颈 部 皮 肤 大 白 鼠 容 易 激 怒 咬 人, 捉 持 时 左 手 应 戴 防 护 手 套 或 用 厚 布 盖 住 大 鼠, 先 用 右 手 抓 住 鼠 尾, 再 用 左 手 拇 指 和 食 指 握 住 头 部, 其 余 手 指 与 手 掌 握 住 背 部 和 腹 部 不 要 用 力 过 大, 切 勿 捏 其 颈 部, 以 免 窒 息 致 死 (2) 给 药 方 法 1 灌 胃 (po): 左 手 固 定 小 鼠, 右 手 持 灌 胃 器, 灌 胃 针 头 自 口 角 进 入 口 腔, 紧 贴 上 腭 插 入 食 道 ( 图 3), 如 遇 阻 力, 将 灌 胃 针 头 抽 回 重 插, 以 防 损 伤 常 用 灌 胃 量 为 0.1~0.2 ml/10g 2 皮 下 注 射 (ih): 可 用 腹 部 背 部 腹 股 沟 的 皮 下, 此 处 皮 肤 比 较 松 弛, 也 可 由 助 手 协 助 注 药 量 一 般 为 0.1~0.2 ml/10g 3 肌 肉 注 射 (im): 一 人 抓 住 小 鼠 头 部 皮 肤 和 尾 巴, 另 一 人 持 连 4 号 针 头 的 注 射 器, 将 针 头 刺 入 后 腿 外 侧 肌 肉 注 射 量 一 般 不 超 过 0.1~0.2 ml/ 只 4 静 脉 注 射 (iv): 将 小 鼠 置 入 固 定 器, 酒 精 涂 擦 尾 部, 以 使 血 管 扩 张 自 尾 部 末 端 刺 入, 刺 入 血 管 后 抽 针 芯 可 见 回 血 常 用 注 射 量 为 0.1~0.2 ml/10g 5 腹 腔 注 射 (ip): 将 小 鼠 固 定 后, 从 下 腹 部 外 侧 进 针, 深 度 较 皮 下 注 射 深 ( 图 4) 常 用 注 射 量 为 0.1~0.2 ml/10g 大 鼠 灌 胃 腹 腔 注 射 皮 下 注 射 及 尾 静 脉 注 射 与 小 鼠 相 似 静 脉 注 射 也 可 在 麻 醉 下 行 舌 下 静 脉 注 射 (3) 处 死 方 法 1 颈 椎 脱 位 法 : 术 者 左 手 持 镊 子 或 用 拇 指 食 指 固 定 小 鼠 头 后 部, 右 手 捏 住 鼠 尾, 用 力 向 后 上 方 牵 拉, 听 到 鼠 颈 部 喀 擦 声 即 颈 椎 脱 位, 脊 髓 断 裂, 鼠 瞬 间 死 亡 2 打 击 法 : 用 手 抓 住 鼠 的 尾 并 提 起, 朝 地 面 用 力 撞 击 鼠 头 致 死 ( 也 可 用 小 木 锤 用 力 打

127 击 鼠 头 3 吸 入 麻 醉 法 : 吸 过 量 的 乙 醚 4 大 量 放 血 法 : 可 采 用 眼 眶 动 静 脉 放 血 致 死 5 空 气 栓 塞 法 : 将 空 气 急 速 注 入 静 脉 致 死 小 白 鼠 可 注 入 ml 空 气 4. 实 验 动 物 的 取 血 方 法 适 用 于 小 鼠 和 大 鼠 (1) 剪 尾 取 血 法 将 清 醒 鼠 装 入 深 颜 色 的 布 袋 中, 将 鼠 身 裹 紧, 露 出 尾 巴, 用 酒 精 涂 擦 或 用 温 水 浸 泡 使 血 管 扩 张, 剪 断 尾 尖 后, 尾 静 脉 血 即 可 流 出, 用 手 轻 轻 地 从 尾 根 部 向 尾 尖 挤 捏, 可 取 到 一 定 量 的 血 液 取 血 后, 用 棉 球 压 迫 止 血 也 可 采 用 交 替 切 割 尾 静 脉 方 法 取 血 用 一 锋 利 刀 片 在 尾 尖 部 切 破 一 段 尾 静 脉, 静 脉 血 即 可 流 出, 每 次 可 取 0.3~0.5 ml, 供 一 般 血 常 规 实 验 三 根 尾 静 脉 可 替 换 切 割, 由 尾 尖 向 根 部 切 割 由 于 鼠 血 易 凝, 需 要 全 血 时, 应 事 先 将 抗 凝 剂 置 于 采 血 管 中, 如 用 血 细 胞 混 悬 液, 则 立 即 与 生 理 盐 水 混 合 (2) 眼 球 后 静 脉 丛 取 血 法 左 手 持 鼠, 拇 指 与 中 指 抓 住 颈 部 皮 肤, 食 指 按 压 头 部 向 下, 阻 滞 静 脉 回 流, 使 眼 球 后 静 脉 丛 充 血, 眼 球 外 突 右 手 持 1% 肝 素 溶 液 浸 泡 过 的 自 制 吸 血 器, 从 内 呲 部 刺 入, 沿 内 下 眼 眶 壁, 向 眼 球 后 推 进 4~5 mm, 旋 转 吸 血 针 头, 切 开 静 脉 丛, 血 液 自 动 进 入 吸 血 针 筒, 轻 轻 抽 吸 血 管 ( 防 止 负 压 压 迫 静 脉 丛 使 抽 血 更 困 难 ), 拔 出 吸 血 针, 放 松 手 压 力, 出 血 可 自 然 停 止 也 可 用 特 制 的 玻 璃 取 血 管 ( 管 长 7~10 cm, 前 端 拉 成 毛 细 管, 内 径 0.1~1.5 mm, 长 为 1 cm, 后 端 管 径 为 0.6 cm) 必 要 时 可 在 同 一 穿 刺 孔 重 复 取 血 此 法 也 适 用 豚 鼠 和 家 兔 (3) 眼 眶 取 血 法 左 手 持 鼠, 拇 指 与 食 指 捏 紧 头 颈 部 皮 肤, 使 鼠 眼 球 突 出, 右 手 持 弯 镊 或 止 血 钳, 钳 夹 一 侧 眼 球 部, 将 眼 球 摘 出, 鼠 倒 置, 头 部 向 下, 此 时 眼 眶 很 快 流 血, 将 血 滴 入 预 先 加 有 抗 凝 剂 的 玻 璃 管 内, 直 至 流 血 停 止 此 法 由 于 取 血 过 程 中 动 物 未 死, 心 脏 不 断 跳 动, 一 般 可 取 鼠 体 重 4%~5% 的 血 液 量, 是 一 种 较 好 的 取 血 方 法, 但 只 适 用 一 次 性 取 血 (4) 心 脏 取 血 动 物 仰 卧 固 定 于 鼠 板 上, 用 剪 刀 将 心 前 区 毛 剪 去, 用 碘 酒 酒 精 消 毒 此 处 皮 肤, 在 左 侧 第 3~4 肋 间 用 左 手 食 指 摸 到 心 搏, 右 手 持 连 有 4~5 号 针 头 的 注 射 器, 选 择 心 搏 最 强 处 穿 刺, 当 针 头 正 确 刺 入 心 脏 时, 鼠 血 由 于 心 脏 跳 动 的 力 量, 血 自 然 进 入 注 射 器 (5) 断 头 取 血

128 实 验 者 带 上 棉 手 套, 用 左 手 抓 紧 鼠 颈 部 位, 右 手 持 剪 刀, 从 鼠 颈 部 剪 掉 鼠 头 迅 速 将 鼠 颈 端 向 下, 对 准 备 有 抗 凝 剂 的 试 管, 收 集 从 颈 部 流 出 的 血 液, 小 鼠 可 取 血 0.8~1.2 ml, 大 鼠 可 取 血 5~10 ml (6) 颈 动 静 脉 股 动 静 脉 取 血 : 麻 醉 动 物 背 位 固 定, 一 侧 颈 部 或 腹 股 沟 部 去 毛, 切 开 皮 肤, 分 离 出 静 脉 或 动 脉, 注 射 针 沿 动 静 脉 走 向 刺 入 血 管 20 g 小 鼠 可 抽 血 0.6 ml,300 g 大 鼠 可 抽 血 8 ml 也 可 把 颈 静 脉 或 颈 动 脉 用 镊 子 挑 起 剪 断, 用 试 管 取 血 或 注 射 器 抽 血, 股 静 脉 连 续 多 次 取 血 时, 穿 刺 部 位 应 尽 量 靠 近 股 静 脉 远 心 端 5. 实 验 动 物 麻 醉 (1) 麻 醉 药 的 选 择 理 想 的 麻 醉 药 应 具 备 下 列 三 个 条 件 : 1 麻 醉 完 善, 实 验 过 程 中 动 物 无 挣 扎 或 呜 叫 现 象, 麻 醉 时 间 大 致 满 足 实 验 要 求 2 对 动 物 的 毒 性 及 所 观 察 的 指 标 影 响 最 小 3 使 用 方 便 麻 醉 药 需 根 据 动 物 的 种 类 和 不 同 实 验 手 术 的 要 求 选 择, 麻 醉 必 须 适 度, 过 浅 或 过 深 都 会 影 响 手 术 或 实 验 的 进 程 和 结 果 (2) 常 用 麻 醉 有 下 列 两 种 形 式 1 局 部 麻 醉 常 用 5~10 g/l 普 鲁 卡 因, 动 物 实 验 中 多 采 用 局 部 皮 下 浸 润 麻 醉 剂 量 按 所 需 麻 醉 面 积 的 大 小 而 定, 一 般 不 超 过 50 mg/kg 2 全 身 麻 醉 吸 入 麻 醉 : 乙 醚 (ether) 为 吸 入 性 麻 醉 药, 可 用 于 各 种 动 物, 尤 其 是 时 间 短 的 手 术 或 实 验 将 乙 醚 滴 在 棉 球 上 放 入 玻 璃 罩 内, 利 用 其 挥 发 的 性 质, 经 呼 吸 道 进 入 肺 泡, 对 动 物 进 行 麻 醉 吸 入 后 约 15~20 min 开 始 发 挥 作 用 其 优 点 : 麻 醉 深 度 易 于 掌 握, 比 较 安 全, 术 后 动 物 苏 醒 较 快 缺 点 : 需 要 专 人 管 理, 在 麻 醉 初 期 常 出 现 强 烈 兴 奋 现 象, 对 呼 吸 道 有 较 强 的 刺 激 作 用, 使 粘 液 分 泌 增 加, 易 阻 塞 呼 吸 道 而 发 生 窒 息 对 于 经 验 不 足 的 操 作 者, 用 乙 醚 麻 醉 动 物 时, 容 易 因 麻 醉 过 深 而 致 动 物 死 亡 另 外 乙 醚 易 燃 易 爆, 对 人 亦 有 作 用, 使 用 时 应 避 火 通 风, 并 注 意 安 全 ( 已 少 用 ) 注 射 麻 醉 : 巴 比 妥 类 各 种 巴 比 妥 类 药 物 的 吸 收 和 代 谢 速 度 不 同, 其 作 用 时 间 亦 长 短 不 一 戊 巴 比 妥 钠 (sodium pentobarbital) 在 实 验 中 最 为 常 用 该 品 为 白 色 粉 末, 常 配 成 1 %~3% 水 溶 液 由 静 脉 或 腹 腔 给 药 一 次 给 药 麻 醉 的 有 效 作 用 时 间 持 续 为 3~5 h, 属 中 效 巴 比 妥 类 静 脉 注 射 时, 前 1/3 剂 量 可 快 速 注 射, 以 快 速 度 过 兴 奋 期 ; 后 2/3 剂 量 则 应 缓 慢 注 射, 并 密 切 观 察 动 物 的 肌 肉 紧 张 状 态 呼 吸 频 率 和 深 度 及 角 膜 反 射 动 物 麻 醉 后, 常 因 麻

129 醉 药 作 用 肌 肉 松 弛 和 皮 肤 血 管 扩 张, 致 使 体 温 缓 慢 下 降, 所 以 应 设 法 保 温 硫 喷 妥 钠 (sodillm thiopental) 为 浅 黄 色 粉 末, 其 水 溶 液 不 稳 定, 故 需 在 使 用 之 前 临 时 配 制 成 2.5%~ 5% 溶 液 经 静 脉 注 射 次 给 药 可 维 持 0.5~1 h 实 验 时 间 较 长 时 可 重 复 给 药, 维 持 量 为 原 剂 量 的 1/l0~1/5 适 用 于 较 短 时 程 的 实 验, 属 短 效 或 超 短 效 类 巴 比 妥 类 对 呼 吸 中 枢 有 较 强 的 抑 制 作 用, 麻 醉 过 深 时, 呼 吸 活 动 可 完 全 停 止 故 应 注 意 防 止 给 药 过 多 过 快 对 心 血 管 系 统 也 有 复 杂 的 影 响, 故 这 类 药 物 不 用 于 研 究 心 血 管 功 能 的 实 验 动 物 麻 醉 乌 拉 坦 (urethane) 又 名 氨 基 甲 酸 乙 酯, 作 用 性 质 温 和, 易 溶 于 水, 对 动 物 麻 醉 作 用 强 大 而 迅 速, 安 全 范 围 大, 多 数 动 物 实 验 都 可 使 用, 更 适 用 于 小 动 物 麻 醉 可 导 致 较 持 久 的 浅 麻 醉, 对 呼 吸 无 明 显 影 响 优 点 是 价 廉, 使 用 简 便, 次 给 药 可 维 持 4~5 h, 且 麻 醉 过 程 较 平 稳, 动 物 无 明 显 挣 扎 现 象 ; 缺 点 是 苏 醒 慢, 麻 醉 深 度 和 使 用 剂 量 较 难 掌 握 乌 拉 坦 对 兔 的 麻 醉 作 用 较 强, 是 家 兔 急 性 实 验 常 用 的 麻 醉 药, 对 猫 和 犬 则 奏 效 较 慢, 在 大 鼠 和 兔 能 诱 发 肿 瘤, 不 宜 用 于 长 期 存 活 的 慢 性 实 验 动 的 麻 醉, 本 药 易 溶 于 水, 使 用 时 配 成 10%~ 25% 溶 液 若 注 射 剂 量 过 大, 则 可 致 动 物 血 压 下 降, 且 对 呼 吸 影 响 也 很 大 用 此 药 麻 醉 时 动 物 保 温 尤 为 重 要 氯 醛 糖 本 药 溶 解 度 较 小, 常 配 成 1% 水 溶 液 使 用 前 需 先 在 水 浴 锅 中 加 热, 使 其 溶 解, 但 加 热 温 度 不 宜 过 高, 以 免 降 低 药 效 本 药 安 全 范 围 大, 能 导 致 持 久 的 浅 麻 醉, 对 自 主 神 经 中 枢 无 明 显 抑 制 作 用, 对 痛 觉 的 影 响 也 小, 故 特 别 适 用 于 研 究 要 求 保 留 生 理 反 射 ( 如 心 血 管 反 射 ) 或 神 经 系 统 反 应 的 实 验 实 验 中 常 将 氯 醛 糖 与 乌 拉 坦 混 合 使 用 以 加 温 法 将 氯 醛 糖 溶 于 25% 的 乌 拉 坦 溶 液 内, 使 氯 醛 糖 浓 度 为 5% 犬 和 猫 静 脉 注 射 剂 量 为 1.5~2 m1/kg 混 合 液, 其 中 氯 醛 糖 剂 量 为 75~ 100 mg/kg 兔 也 可 用 此 剂 量 做 静 脉 注 射 (3) 各 种 动 物 的 麻 醉 方 法 1 小 白 鼠 根 据 需 要 选 用 吸 入 麻 醉 或 注 射 麻 醉 注 射 麻 醉 时 多 采 用 腹 腔 注 射 法 2 大 白 鼠 多 采 用 腹 腔 麻 醉, 也 可 用 吸 入 麻 醉 3 豚 鼠 可 进 行 腹 腔 麻 醉, 也 可 将 药 液 注 入 背 部 皮 下 4 猫 多 用 腹 腔 麻 醉, 也 可 用 前 肢 或 后 肢 皮 下 静 脉 注 射 法 5 家 兔 多 采 用 耳 缘 静 脉 麻 醉 注 射 麻 醉 药 时 应 先 快 后 慢, 并 密 切 注 意 家 兔 的 呼 吸 及 角 膜 反 射 等 变 化 6 犬 多 用 前 肢 或 后 肢 皮 下 静 脉 注 射 五 注 意 事 项 由 于 动 物 对 外 界 刺 激 的 反 应 存 在 个 体 差 异, 在 选 择 实 验 动 物 时, 应 注 意 动 物 的 年 龄 体 重 性 别 生 理 状 态 健 康 状 况 及 其 品 系 等 级 等 因 素 对 实 验 的 影 响

130 麻 醉 动 物 注 意 事 项 : 1. 不 同 动 物 个 体 对 麻 醉 药 的 耐 受 性 不 同 因 此 在 麻 醉 过 程 中, 除 参 照 上 述 一 般 药 物 用 量 标 准 外, 还 必 须 密 切 注 意 动 物 的 状 态, 以 决 定 麻 醉 药 的 用 量 2. 注 意 麻 醉 的 深 浅, 根 据 呼 吸 的 深 度 和 快 慢 角 膜 反 射 的 灵 敏 度 有 无 四 肢 和 腹 壁 肌 肉 的 紧 张 性 以 及 皮 肤 夹 捏 反 应 等 进 行 判 断 当 呼 吸 突 然 变 深 变 慢 角 膜 反 射 的 灵 敏 度 明 显 下 降 或 消 失 四 肢 和 腹 壁 肌 肉 松 弛 皮 肤 夹 捏 无 明 显 疼 痛 反 应 时, 应 立 即 停 止 给 药 3. 静 脉 注 药 时 应 坚 持 先 快 后 慢 的 原 则, 避 免 动 物 因 麻 醉 过 深 而 死 亡 麻 醉 过 深 时, 最 易 观 察 到 的 是 呼 吸 减 慢 甚 至 停 止, 但 仍 有 心 跳 此 时 应 立 即 进 行 人 工 呼 吸 可 用 手 有 节 奏 地 压 迫 和 放 松 胸 廓, 或 推 压 腹 腔 脏 器 使 膈 上 下 移 动, 以 证 肺 通 气, 与 此 同 时 迅 速 做 气 管 切 开, 并 插 入 气 管 套 管, 连 接 人 工 呼 吸 机 以 代 替 徒 手 人 工 呼 吸, 直 至 主 动 呼 吸 恢 复 还 可 给 予 苏 醒 剂 以 促 进 恢 复, 常 用 的 苏 醒 剂 有 咖 啡 因 (1 mg/kg) 尼 可 刹 米 (2~5 mg/kg) 和 洛 贝 林 (0.3~1 mg/kg) 等 心 跳 停 止 时 应 进 行 心 脏 按 摩, 注 射 温 热 生 理 盐 水 和 肾 上 腺 素 4. 实 验 过 程 中 如 麻 醉 过 浅, 可 临 时 补 充 麻 醉 药, 但 一 次 补 充 剂 量 不 宜 超 过 总 量 的 1/5 六 思 考 题 1. 在 麻 醉 动 物 时, 应 注 意 哪 些 问 题? 2. 实 验 动 物 的 给 药 取 血 方 法 有 哪 些?

131 实 验 二 动 物 急 性 经 口 毒 性 实 验 一 目 的 要 求 1. 掌 握 急 性 经 口 毒 性 试 验 的 实 验 设 计 原 则 ; 2. 熟 悉 急 性 经 口 毒 性 试 验 的 操 作 方 法 ; 3. 熟 悉 化 学 物 经 口 LD 50 的 计 算 方 法 ; 4. 掌 握 毒 物 的 急 性 毒 性 分 级 标 准 和 毒 性 级 别 判 定 二 实 验 原 理 急 性 毒 性 研 究 的 目 的, 主 要 是 探 求 化 学 物 的 致 死 剂 量, 以 初 步 评 估 其 对 人 类 的 可 能 毒 害 的 危 险 性 再 者 是 求 该 化 学 物 的 剂 量 - 反 应 关 系, 为 其 它 毒 性 实 验 打 下 选 择 染 毒 剂 量 的 基 础 毒 理 学 中 研 究 外 源 化 学 物 的 基 础 毒 性 主 要 是 进 行 体 内 试 验, 即 是 以 实 验 动 物 为 研 究 对 象, 最 终 向 外 源 化 学 物 毒 害 主 体 - 人 类 外 推 虽 然 在 一 些 国 家 由 于 动 物 保 护 运 动 的 发 展, 进 行 整 体 动 物 研 究 受 到 一 定 限 制, 而 促 使 体 外 试 验 的 发 展, 但 毕 竟 用 离 体 组 织 细 胞 亚 细 胞 器 为 标 本 时 距 整 体 接 触 化 学 物 的 毒 性 有 差 距, 所 以 至 今 评 价 外 源 化 学 物 基 本 毒 性, 还 是 以 整 体 实 验 动 物 体 内 实 验 为 主 三 试 验 材 料 不 同 种 属 的 动 物 对 同 一 受 试 物 的 毒 性 作 用 表 现 可 有 很 大 的 差 别, 要 获 得 较 可 靠 的 实 验 结 果, 一 般 应 选 用 两 种 以 上 的 实 验 动 物 常 选 用 大 白 鼠 和 小 白 鼠 根 据 不 同 实 验 目 的, 可 选 用 不 同 实 验 动 物 例 如, 皮 肤 刺 激 实 验, 可 选 用 家 兔 动 物 应 注 明 来 源 及 品 系 除 特 殊 要 求 外, 动 物 年 龄 一 般 选 用 初 成 年 者 : 大 白 鼠 小 白 鼠 为 出 生 后 2~3 个 月 左 右, 体 重 分 别 为 180~240g 和 18~24g; 家 兔 为 2~2.5kg, 猫 为 1.5~2kg; 狗 为 出 生 后 一 年 左 右 选 用 的 动 物 体 重 差 异 不 应 超 过 平 均 体 重 的 10% 动 物 的 需 用 数 量, 大 白 鼠 和 小 白 鼠 每 组 10 只 以 上 ; 较 大 的 动 物 如 狗 家 兔 等 每 组 不 少 于 3~5 只 为 判 定 受 试 物 对 不 同 性 别 动 物 的 毒 性 反 应 有 否 差 异, 除 特 殊 要 求 外, 实 验 中 一 般 均 应 采 用 两 种 性 别 动 物 进 行 试 验 1. 动 物 : 选 用 17-22g 的 健 康 小 鼠 ( 同 次 试 验 体 重 相 差 不 超 过 4g), 大 鼠 体 重 一 般 为 g( 同 次 试 验 体 重 相 差 不 超 过 10g) 2. 受 试 物 : 液 体 或 粉 末 剂 ( 不 溶 于 水 的 可 用 0.5% 羧 甲 基 纤 维 素 钠,10% 阿 拉 伯 胶 制 成 混 悬 剂 ) 四 实 验 步 骤 ( 一 ) 剂 量 选 择 一 般 选 用 4-5 个 剂 量 组, 各 剂 量 组 间 间 距 应 根 据 受 试 物 毒 性 大 小 和 预 试 结 果 而 定, 一 般 以 为 宜 1. 给 药 剂 量 的 确 定 在 观 察 一 个 药 物 的 作 用 时, 应 该 给 动 物 多 大 的 剂 量 是 实 验 开 始 时 应 确 定 的 一 个 重 要 问

132 题 剂 量 太 小, 作 用 不 明 显 ; 剂 量 太 大, 又 可 能 引 起 动 物 中 毒 死 亡 给 药 剂 量 可 以 按 下 列 方 法 来 确 定 : (1) 根 据 有 关 文 献 实 验 教 材 实 验 参 考 书 提 供 的 药 物 剂 量 由 于 药 物 批 号 不 同 动 物 环 境 条 件 的 差 异, 必 要 时 通 过 预 备 实 验 调 整 用 药 剂 量 (2) 根 据 临 床 常 用 有 效 剂 量 换 算 成 实 验 动 物 剂 量 1 对 于 新 药 剂 量 的 确 定, 先 用 小 鼠 粗 略 地 探 索 中 毒 剂 量 或 致 死 剂 量, 然 后 用 小 于 中 毒 量 的 剂 量, 或 取 致 死 量 的 若 干 分 之 一 为 应 用 剂 量, 一 般 为 1/10~1/5 通 过 预 试 来 确 定 2 植 物 药 粗 制 剂 的 剂 量 多 按 生 药 折 算 3 化 学 药 品 可 参 考 化 学 结 构 相 似 的 已 知 药 物, 特 别 是 其 结 构 和 作 用 都 相 似 的 药 物 剂 量 4 确 定 剂 量 后, 如 第 一 次 实 验 的 作 用 不 明 显, 动 物 也 没 有 中 毒 的 表 现 ( 如 体 重 下 降 精 神 不 振 活 动 减 少 或 其 它 症 状 ), 可 以 加 大 剂 量 再 次 实 验 如 出 现 中 毒 现 象, 作 用 也 明 显, 则 应 降 低 剂 量 再 次 实 验 一 般 情 况 下, 在 适 宜 的 剂 量 范 围 内, 药 物 的 作 用 常 随 剂 量 的 加 大 而 增 强 所 以, 有 条 件 时 最 好 同 时 用 几 个 剂 量 作 实 验, 以 便 迅 速 获 得 有 关 药 物 作 用 的 较 完 整 的 资 料 如 实 验 结 果 出 现 剂 量 与 作 用 强 度 之 间 毫 无 规 律 时, 则 更 应 慎 重 分 析 5 用 大 动 物 进 行 实 验 时, 开 始 的 剂 量 可 采 用 给 鼠 类 剂 量 的 1/15~1/2, 以 后 可 根 据 动 物 的 反 应 调 整 剂 量 6 确 定 动 物 给 药 剂 量 时, 要 考 虑 给 药 动 物 的 年 龄 大 小 和 体 质 强 弱 一 般 确 定 的 给 药 剂 量 是 用 于 成 年 动 物, 幼 小 动 物 应 减 小 剂 量 7 确 定 动 物 给 药 剂 量 时, 要 考 虑 因 给 药 途 径 不 同, 所 用 剂 量 也 不 同 如 口 服 量 为 100 时, 灌 肠 量 应 为 100~200, 皮 下 注 射 量 为 30~50, 肌 肉 注 射 量 为 25~30, 静 脉 注 射 量 为 25 (3) 实 验 动 物 与 人 用 药 量 的 换 算 人 与 动 物 对 同 一 药 物 的 耐 受 性 相 差 很 大, 一 般 说 来, 动 物 的 耐 受 性 要 比 人 大, 也 就 是 单 位 体 重 的 用 药 量 动 物 比 人 要 大 各 种 药 物 在 人 的 用 量, 很 多 书 上 可 查 到, 但 动 物 用 药 量 可 查 的 书 较 少, 一 般 动 物 用 的 药 物 种 类 远 不 如 人 用 的 那 么 多 因 此 必 须 将 人 的 用 药 量 换 算 成 动 物 的 用 药 量 一 般 可 按 下 列 比 例 换 算 : 人 用 药 量 为 1, 小 鼠 大 鼠 为 25~50, 兔 豚 鼠 为 15~20, 犬 猫 为 5~10 也 可 按 体 表 面 积 直 接 计 算 法 进 行 人 与 不 同 种 类 动 物 之 间 药 物 剂 量 的 换 算 1 人 体 体 表 面 积 计 算 法 : 计 算 我 国 人 的 体 表 面 积, 一 般 认 为 许 文 生 公 式 较 适 宜, 即 体 表 面 积 (m 2 ) = 身 高 (cm) 体 重 (kg) 动 物 的 体 表 面 积 计 算 : 有 许 多 种 方 法, 在 需 要 由 体 重 推 算 体 表 面 积 时, 一 般 认 为

133 Meeh-Rubner 公 式 较 为 适 用, 即 : A( 体 表 面 积,m 2 ) = K (W 2/3 /10000) 式 中 W 为 体 重, 以 g 计 算 ;K 为 一 常 数, 随 动 物 种 类 而 不 同, 小 鼠 和 大 鼠 为 9.1 豚 鼠 9.8 家 兔 10.1 猫 9.8 犬 11.2 猴 11.8 人 10.6( 上 列 K 值 各 家 报 道 略 有 出 入 ) 应 当 指 出, 这 样 计 算 出 来 的 体 表 面 积 还 是 一 种 粗 略 的 估 计 值, 不 一 定 完 全 符 合 于 每 个 动 物 的 实 测 数 值 例 : 某 利 尿 药 大 白 鼠 灌 胃 给 药 时 的 剂 量 为 250 mg/kg, 试 粗 略 估 计 犬 灌 胃 给 药 时 可 以 试 用 的 剂 量 解 : 实 验 用 大 白 鼠 的 体 重 一 般 在 200 g 左 右, 其 体 表 面 积 (A) 为 : A = 9.1 (2002/3/10000) = 0.031m mg/kg 的 剂 量 如 改 以 mg/m 2 表 示, 即 为 : ( )/0.031 = 1608 mg/m 2 实 验 用 犬 的 体 重 一 般 在 10 kg 左 右, 其 体 表 面 积 (A) 为 : A = /3/10000 = m 2 于 是 犬 的 适 当 试 用 剂 量 为 /10 = 84 mg/kg ( 二 ) 给 受 试 物 途 径 及 体 积 两 种 途 径, 其 中 一 种 必 须 是 该 受 试 物 推 荐 临 床 研 究 的 给 药 途 径 小 鼠 口 服 灌 胃 静 脉 注 射 腹 腔 注 射 和 皮 下 注 射 的 体 积, 应 以 为 宜 大 鼠 上 述 途 径 给 受 试 物 体 积 应 小 于 或 等 于 3ml 1ml 3ml 和 1ml 为 好 ( 三 ) 实 验 分 组 和 观 察 试 验 时, 将 动 物 按 体 重 随 机 分 成 4-5 组, 每 组 至 少 10 只 动 物 ( 雌 雄 各 半 ), 给 受 试 物 后 立 即 观 察 动 物 反 应 情 况, 继 续 观 察 7-14 天, 记 录 动 物 毒 性 反 应 情 况 和 死 亡 动 物 分 布, 死 亡 动 物 应 及 时 进 行 尸 检, 记 录 病 变 情 况 若 有 肉 眼 可 见 变 化 时 则 需 进 行 病 理 检 查 五 结 果 处 理 实 验 资 料 用 适 宜 的 统 计 方 法 计 算 LD50 值 ( 推 荐 Bliss 统 计 法 ) 若 发 现 中 毒 反 应 和 死 亡 率 有 动 物 性 别 的 明 显 差 异, 则 应 选 择 性 别 比 较 敏 感 的 动 物 进 行 复 试 六 注 意 事 项 所 用 动 物 进 入 实 验 室 后, 于 实 验 开 始 前 应 观 察 一 周 以 上, 以 删 除 不 健 康 的 动 物, 并 使 实 验 动 物 适 应 环 境 七 思 考 题 1. 急 性 经 口 毒 性 试 验 的 实 验 设 计 原 则

134 一 目 的 要 求 实 验 三 小 鼠 精 子 畸 形 试 验 掌 握 动 物 精 子 畸 形 试 验 的 基 本 原 则 要 求 和 方 法 二 实 验 原 理 精 子 畸 形 指 精 子 形 态 的 异 常 改 变, 是 决 定 精 子 形 成 的 基 因 发 生 突 变 的 结 果 常 染 色 体 和 Y- 性 连 锁 基 因 突 变 及 某 些 染 色 体 重 排, 如 性 - 常 染 色 体 易 位, 也 可 使 精 子 发 生 畸 形 小 鼠 精 子 畸 形 试 验 能 评 价 受 试 物 对 精 子 生 成 发 育 的 影 响, 可 检 测 受 试 物 在 体 内 对 生 殖 细 胞 的 遗 传 毒 性 作 用 三 实 验 材 料 常 规 使 用 动 物 是 雄 性 小 鼠,6 周 ~8 周 龄, 体 重 为 30g~35g 实 验 动 物 及 实 验 动 物 房 应 符 合 国 家 相 应 规 定 仪 器 设 备 : 生 物 显 微 镜 解 剖 剪 镊 子 表 面 皿 离 心 管 小 漏 斗 吸 管 滴 管 载 玻 片 擦 镜 纸 等 试 剂 : 环 磷 酰 胺 1% 伊 红 染 色 液 ( 称 取 伊 红 1g 溶 于 100mL 蒸 馏 水 中 ), 生 理 盐 水 甲 醇 (A.R) 四 实 验 步 骤 染 毒 途 径 视 实 验 目 的 而 定 常 用 途 径 为 经 口 灌 胃 方 式 受 试 物 各 剂 量 组 阴 性 对 照 组 和 阳 性 物 对 照 组 的 动 物, 均 连 续 染 毒 5d, 每 日 一 次 一 般 于 首 次 染 毒 后 的 第 35d 处 死 动 物 1. 剂 量 分 组 受 试 物 至 少 设 三 个 剂 量 组 分 别 取 1/2 1/5 1/10 或 1/20LD50 剂 量 当 受 试 物 的 LD50 大 于 5g/kg 体 重 时, 可 取 5g/kg 体 重 为 最 高 剂 量 另 外 设 阴 性 ( 溶 剂 ) 对 照 组 和 阳 性 物 对 照 组 常 用 溶 剂 为 水 生 理 盐 水 植 物 油 ( 玉 米 油 花 生 油 ) 等 阳 性 物 对 照 组 可 采 用 环 磷 酰 胺 40mg/kg/ 日 每 组 至 少 有 5 只 存 活 动 物 通 过 适 当 的 途 径 使 动 物 接 触 受 试 物, 经 过 一 定 时 间 后 处 死 动 物, 取 其 附 睾, 制 备 涂 片, 经 固 定 染 色, 在 显 微 镜 下 计 数 畸 形 精 子 制 片 : 用 颈 椎 脱 臼 法 处 死 小 鼠, 剖 开 腹 腔, 暴 露 睾 丸, 分 离 两 侧 附 睾, 用 眼 科 剪 剖 开 附 睾 组 织, 与 适 量 生 理 盐 水 混 匀, 涂 片 固 定 : 待 涂 片 干 燥 后, 放 入 甲 醇 (A.R) 液 中 固 定 5min 取 出 晾 干 染 色 : 将 涂 片 于 1% 伊 红 染 液 中 染 色 1h, 然 后 用 蒸 馏 水 轻 轻 冲 洗, 晾 干 观 察 与 计 数 : 首 先, 在 低 倍 镜 下 选 择 背 景 清 晰 精 子 分 布 均 匀 重 叠 较 少 的 区 域, 然 后, 在 高 倍 镜 下 观 察 结 构 完 整 的 1000 个 精 子, 计 数 其 中 畸 形 的 精 子 精 子 畸 形 主 要 表 现 在 头 部 按 Wyrobeks 的 分 类 标 准, 主 要 类 型 有 : 无 钩 香 蕉 形 无 定 形 胖 头 尾 折 叠 双 头 及 双 尾 无 尾 精 子 头 部 重 叠 的 或 整 个 与 另 一 个 重 叠 的 精 子 均 不 计 数 判 断 双 头 双 尾 精 子 时, 要 注 意 与 两 条 精 子 的 部 分 重 叠 相 区 别 五 结 果 处 理

135 每 只 动 物 应 按 精 子 畸 形 类 型 分 别 记 录, 以 便 计 算 各 实 验 组 的 精 子 畸 形 发 生 率 和 精 子 畸 形 类 型 的 构 成 比 利 用 Wilcoxon 秩 和 检 验 法 和 其 他 适 当 的 统 计 学 方 法 将 受 试 物 各 剂 量 组 精 子 畸 形 发 生 率 分 别 与 阴 性 对 照 组 进 行 比 较 精 子 畸 形 试 验 阳 性 的 判 断 标 准 是 畸 形 发 生 率 至 少 为 阴 性 对 照 组 的 倍 量 或 经 统 计 学 处 理 有 显 著 性 差 异, 并 存 在 剂 量 - 反 应 关 系 者 一 般 正 常 小 鼠 的 精 子 畸 形 率 为 0.8%~3.4%, 但 每 个 实 验 室 应 有 自 己 稳 定 的 精 子 自 发 畸 形 率 试 验 报 告 应 包 括 以 下 内 容 : (1) 受 试 物 名 称 理 化 性 状 配 制 方 法 所 用 溶 剂 ; (2) 动 物 种 属 和 品 系 体 重 数 量 来 源 ( 注 明 合 格 证 号 和 动 物 级 别 ); (3) 实 验 动 物 饲 养 环 境, 包 括 饲 料 来 源 室 温 相 对 湿 度 实 验 动 物 室 合 格 证 号 ; (4) 剂 量 分 组, 染 毒 途 径 和 方 式 ; (5) 试 验 方 法 : 简 述 操 作 步 骤, 所 用 统 计 学 方 法 ; (6) 结 果 : 以 列 表 方 式 报 告 受 试 物 对 动 物 精 子 畸 形 发 生 率 和 精 子 畸 形 类 型 分 析 的 结 果 ( 表 1 和 表 2); (7) 结 论 表 1 精 子 畸 形 发 生 率 组 别 剂 量 (g/kg) 动 物 数 ( 只 ) 受 检 精 子 总 数 ( 个 ) 畸 变 精 子 数 ( 个 ) 畸 变 率 (%) P 值 受 试 物 溶 剂 对 照 阳 性 物 对 照 (mg/kg) 注 : 畸 变 率 以 均 数 ± 标 准 差 表 示 表 2 精 子 畸 形 类 型 分 析 组 别 剂 量 (g/ kg) 动 物 数 ( 只 ) 精 子 畸 形 分 类 及 比 例 (%) 受 检 精 子 总 数 ( 个 ) 无 钩 香 蕉 形 胖 头 无 定 型 其 他 总 计 受 试 物 溶 剂 对 照 阳 性 物 对 照 (mg/kg) 六 思 考 题 1. 动 物 精 子 畸 形 试 验 的 基 本 原 则 要 求 和 方 法

136 实 验 四 小 鼠 骨 髓 细 胞 微 核 标 本 制 备 试 验 一 目 的 要 求 1. 掌 握 小 鼠 骨 髓 多 染 红 细 胞 (PCE) 微 核 试 验 设 计 方 法 ; 2. 掌 握 骨 髓 液 的 制 备 涂 片 技 术 以 及 骨 髓 PCE 微 核 的 观 察 计 数 方 法 ; 3. 熟 悉 微 核 试 验 的 结 果 分 析 及 评 价 二 实 验 原 理 微 核 是 在 细 胞 的 有 丝 分 裂 后 期 染 色 体 有 规 律 地 进 入 子 细 胞 形 成 细 胞 核 时, 仍 然 留 在 细 胞 质 中 的 染 色 单 体 或 染 色 体 的 无 着 丝 粒 断 片 或 环 它 在 末 期 以 后, 单 独 形 成 一 个 或 几 个 规 则 的 次 核, 被 包 含 在 细 胞 的 胞 质 内 而 形 成, 由 于 比 核 小 得 多 故 称 微 核 这 种 情 况 的 出 现 往 往 是 受 到 染 色 体 断 裂 剂 作 用 的 结 果 另 外, 也 可 能 在 受 到 纺 缍 体 毒 物 的 作 用 时, 主 核 没 有 能 够 形 成, 代 之 以 一 组 小 核 此 时 小 核 往 往 比 一 般 典 型 的 微 核 稍 大 三 实 验 材 料 1. 仪 器 与 试 剂 : 解 剖 器 械, 生 物 显 微 镜, 载 玻 片 等 2. 小 牛 血 清 : 小 牛 血 清 滤 菌 后 放 入 56 恒 温 水 浴 保 温 1 h 进 行 灭 活 通 常 储 存 于 4 冰 箱 里 亦 可 用 大 小 鼠 血 清 代 替 3.Giemsa 染 液 : 称 取 Giemsa 染 液 3.8 g, 加 入 375 ml 甲 醇 ( 分 析 纯 ) 研 磨, 待 完 全 溶 解 后, 再 加 入 125 ml 甘 油 置 37 恒 温 箱 保 温 48 h 振 摇 数 次 过 滤 两 周 后 用 4.Giemsa 应 用 液 : 取 1 份 Giemsa 染 液 与 6 份 磷 酸 盐 缓 冲 液 混 合 而 成 临 用 时 配 制 5. 1/15 mol / L 磷 酸 盐 缓 冲 液 (ph 6.8): 磷 酸 二 氢 钾 (KH 2 PO 4 )4.50 g, 磷 酸 二 氢 钠 Na 2 HPO 4.12H 2 O g, 加 蒸 馏 水 至 1000 ml 6. 甲 醇 ( 分 析 纯 ) 7. 实 验 动 物 : 小 鼠 是 微 核 试 验 的 常 规 动 物, 也 可 选 用 大 鼠 通 常 用 7~12 周 龄, 体 重 25~30g 的 小 鼠 或 体 重 150~200g 的 大 鼠 每 组 用 两 种 性 别 的 动 物 至 少 各 5 只 动 物 购 买 后 适 应 环 境 至 少 3 天 四 实 验 步 骤 1. 剂 量 及 分 组 受 试 物 应 设 三 个 剂 量 组, 最 高 剂 量 组 原 则 上 为 动 物 出 现 严 重 中 毒 表 现 和 / 或 个 别 动 物 出 现 死 亡 的 剂 量, 一 般 可 取 1/2 LD50, 低 剂 量 组 应 不 表 现 出 毒 性, 分 别 取 1/4 和 1/8 LD50 作 为 中 低 剂 量 急 性 毒 性 试 验 给 予 受 试 物 最 大 剂 量 ( 最 大 使 用 浓 度 和 最 大 灌 胃 容 量 ) 动 物 无 死 亡 而 求 不 出 LD50 时, 高 剂 量 组 则 以 以 下 顺 序 (1)10g/kgBW;(2) 人 的 可 能 摄 入 量 的 100 倍 ; 或 (3) 一 次 最 大 灌 胃 剂 量 进 行 设 计, 再 下 设 中 低 剂 量 组 另 设 溶 剂 对 照 组 和 阳 性 对 照 组 阳 性 对 照 物 可 用 环 磷 酰 胺 40mg/kgBW 经 口 或 腹 腔 注 射 ( 首 选 经 口 ) 给 予 2. 受 试 物 配 制 一 般 用 蒸 馏 水 作 溶 剂, 如 受 试 物 不 溶 于 水, 可 用 食 用 油 医 用 淀 粉 羧 甲 基 纤 维 素 等 配 成 乳 化 液 或 悬 浮 液 受 试 物 应 于 灌 胃 前 新 鲜 配 制, 除 非 有 资 料 表 明 以 溶 液 ( 或 悬 浊 液 乳 浊 液 等 ) 保 存 具 有 稳 定 性

137 3. 实 验 动 物 的 处 理 (1) 经 口 灌 胃 根 据 细 胞 周 期 和 不 同 物 质 的 作 用 特 点, 可 先 做 预 试, 确 定 取 材 时 间 常 用 30 h 给 受 试 物 法 即 两 次 给 受 试 物 间 隔 24 h, 第 二 次 给 受 试 物 后 6 h, 颈 椎 脱 臼 处 死 动 物 (2) 标 本 制 备 取 胸 骨 或 股 骨, 用 止 血 钳 挤 出 骨 髓 液 与 玻 片 一 端 的 小 牛 血 清 混 匀, 常 规 涂 片, 或 用 小 牛 血 清 冲 洗 股 骨 骨 髓 腔 制 成 细 胞 悬 液 涂 片, 涂 片 自 然 干 燥 后 放 入 甲 醇 中 固 定 5~10 min 当 日 固 定 后 保 存 将 固 定 好 的 涂 片 放 入 Giemsa 应 用 液 中, 染 色 10~15 min 立 即 用 ph 6.8 的 磷 酸 盐 缓 冲 液 或 蒸 馏 水 冲 洗 晾 干 写 好 标 签, 阴 凉 干 燥 处 保 存 (3) 阅 片 选 择 细 胞 完 整 分 散 均 匀, 着 色 适 当 的 区 域, 在 油 镜 下 观 察 以 有 核 细 胞 形 态 完 好 作 为 判 断 制 片 优 劣 的 标 准 五 结 果 处 理 本 法 系 观 察 嗜 多 染 红 细 胞 的 微 核 用 Giemsa 染 色 法, 嗜 多 染 红 细 胞 呈 灰 蓝 色, 成 熟 红 细 胞 呈 粉 红 色 典 型 的 微 核 多 为 单 个 的 圆 形 边 缘 光 滑 整 齐, 嗜 色 性 与 核 质 一 致, 呈 紫 红 色 或 蓝 紫 色, 直 径 通 常 为 红 细 胞 的 1/20~1/5 六 思 考 题 1. 骨 髓 液 的 制 备 涂 片 技 术 以 及 骨 髓 PCE 微 核 的 观 察 计 数 方 法

138 实 验 五 肝 细 胞 微 粒 体 的 制 备 和 细 胞 色 素 P450 氧 化 酶 活 性 测 定 一 目 的 要 求 1. 掌 握 肝 细 胞 微 粒 体 的 制 备 和 细 胞 色 素 P450 氧 化 酶 活 性 测 定 方 法 二 实 验 原 理 外 来 化 学 物 质 在 体 内 的 生 物 转 化 主 要 靠 肝 细 胞 内 滑 面 内 质 网 上 细 胞 色 素 P450 酶 (CYP450) 系 进 行 氧 化 还 原 水 解 等 代 谢 许 多 药 物 对 细 胞 色 素 P450 酶 系 活 性 有 抑 制 或 诱 导 作 用, 当 与 其 他 需 经 CYP450 代 谢 的 药 物 联 合 应 用 时, 会 影 响 这 类 药 物 的 代 谢, 从 而 产 生 药 物 相 互 作 用 制 备 肝 细 胞 微 粒 体, 并 测 定 其 内 细 胞 色 素 P450 酶 系 的 含 量 与 活 性, 可 为 进 一 步 研 究 外 来 化 学 物 质 物 对 肝 微 粒 体 细 胞 色 素 P450 酶 系 的 影 响 提 供 依 据 肝 微 粒 体 细 胞 色 素 P450 酶 系 活 性 测 定 中, 本 实 验 首 先 应 用 Lowery 法 测 定 肝 微 粒 体 蛋 白 浓 度, 其 显 色 原 理 为 Flion 酚 试 剂 与 蛋 白 质 的 酪 氨 酸 和 色 氨 酸 残 基 反 应 所 致 细 胞 色 素 P450 含 量 测 定 采 用 CO 还 原 差 示 光 谱 法, 还 原 型 细 胞 色 素 P450 可 与 一 氧 化 碳 结 合, 在 波 长 450 nm 处 出 现 最 大 吸 收 峰, 因 此 可 应 用 紫 外 分 光 光 度 计 于 波 长 450 nm 处 进 行 测 定, 而 氧 化 型 细 胞 色 素 b5 经 还 原 剂 作 用 后 转 变 成 还 原 型 细 胞 色 素 b5, 在 波 长 423 nm 处 呈 最 大 吸 收, 因 此 可 通 过 测 定 还 原 型 与 氧 化 型 细 胞 色 素 b5 的 差 示 光 谱 来 进 行 三 仪 器 与 试 剂 实 验 动 物 :Wistar 大 鼠, 雄 性, 体 重 212±13 g 主 要 试 剂 : 羧 甲 基 纤 维 素 钠, 氨 基 吡 啉, 红 霉 素,7- 乙 氧 基 香 豆 素,NADPH, 牛 血 清 白 蛋 白, 甲 醛 实 验 仪 器 : 紫 外 / 可 见 光 分 光 光 度 计, 荧 光 分 光 光 度 计 四 实 验 步 骤 1. 给 药 :8 只 雄 性 Wistar 大 鼠, 给 予 0.25% 羧 甲 基 纤 维 素 钠 1 ml, 每 日 灌 胃 1 次, 连 续 7 d d 7, 禁 食 1 夜, 次 日 断 头 处 死 2. 动 物 处 理 与 肝 微 粒 体 蛋 白 的 测 定 大 鼠 断 头 处 死, 尽 量 放 出 血 液, 迅 速 打 开 腹 腔, 取 出 肝 脏, 用 0.15 mol L -1 KCL-0.2 mol L -1 蔗 糖 (ph 7.5) 洗 净 表 面 血 污, 用 滤 纸 吸 去 表 面 血 液, 称 肝 重 将 肝 脏 剪 碎, 用 上 述 缓 冲 液 洗 2 次, 充 分 去 除 肝 脏 血 液 按 每 克 肝 脏 组 织 加 3 ml 缓 冲 液 的 比 例 加 入 0.15 mol L -1 KCL-0.2 mol L -1 蔗 糖, 用 内 切 式 组 织 匀 浆 机 在 冰 浴 中 制 成 匀 浆 ; g,4 离 心 20 min 取 上 清 液 转 移 至 超 速 离 心 管 内, g,4 离 心 60 min 弃 上 清, 淡 红 色 沉 淀 物 即 为 肝 微 粒 体 将 肝 微 粒 体 沉 淀 取 出 后 用 0.05 mol L -1 Tris-0.25 mol L -1 蔗 糖 (ph 7.5) 悬 浮, 经 超 声 细 胞 粉 碎 仪 混 匀 后, 分 装 于 冻 存 管 中, 干 冰 速 冻 后, 置 -70 冰 箱 保 存 大 鼠 肝 微 粒 体 蛋 白 浓 度 测 定 :Lowery 法 3. 牛 血 清 白 蛋 白 标 准 曲 线 制 备 在 试 管 中 分 别 加 入 mg L -1 系 列 浓 度 的 牛 血 清 白 蛋 白 溶 液 1 ml, 然 后 加 入 5 ml Flion 酚 试 剂 甲 混 匀, 室 温 放 置 10 min 后 加 入 0.5 ml Flion 酚 试 剂 乙 (1 mol L-1), 立 即 混 匀,30 min 后, 以 不 含 蛋 白 质 的 试 剂 空 白 对 照 于 紫 外 分 光 光 度 计 760 nm 波 长 处 扫 描 以 系 列 浓 度 的 牛 血 清 白 蛋 白 为 横 坐 标,OD 值 为 纵 坐 标, 进 行 线 性 回 归, 求 得 牛 血 清 白 蛋 白 线 性 回 归 方 程 4. 样 本 中 蛋 白 浓 度 测 定 将 待 测 大 鼠 肝 微 粒 体 样 本 稀 释 50 倍, 加 入 稀 释 后 样 本 1 ml, 其 余 同 标 准 曲 线 操 作 步 骤 依 据 线 性 回 归 方 程 计 算 待 测 样 本 中 蛋 白 含 量 5. 细 胞 色 素 P450 含 量 测 定 采 用 CO 还 原 差 示 光 谱 法 吸 取 0.05 mol L -1 Tris-0.25

139 mol L -1 蔗 糖 溶 液 5.5 ml, 加 入 稀 释 为 5 mg ml -1 的 待 测 微 粒 体 悬 液 0.5 ml 及 10% 连 二 亚 硫 酸 钠 0.04 ml, 立 即 混 匀 等 量 分 装 到 两 个 比 色 杯 中, 分 别 作 为 对 照 和 样 本, 于 样 本 池 中 比 色 杯 充 一 氧 化 碳 30 s, 紫 外 分 光 光 度 计 450 nm 向 490 nm 扫 描 计 算 公 式 如 下 : nmol mg -1 蛋 白 =ΔOD(450 nm-490 nm) 稀 释 后 蛋 白 浓 度 (mg ml -1 ) 五 思 考 题 1. 肝 细 胞 微 粒 体 的 制 备 和 细 胞 色 素 P450 氧 化 酶 活 性 测 定 方 法

140 实 验 六 急 性 皮 肤 刺 激 性 / 腐 蚀 性 试 验 一 目 的 要 求 1. 掌 握 动 物 皮 肤 刺 激 性 或 腐 蚀 性 试 验 的 基 本 原 则 要 求 和 方 法 2. 掌 握 皮 肤 刺 激 实 验 操 作 技 术 及 判 定 标 准 二 实 验 原 理 皮 肤 刺 激 性 : 皮 肤 涂 敷 受 试 物 后 局 部 产 生 的 可 逆 性 炎 性 变 化 皮 肤 腐 蚀 性 : 皮 肤 涂 敷 受 试 物 后 局 部 引 起 的 不 可 逆 性 组 织 损 伤 将 受 试 物 一 次 ( 或 多 次 ) 涂 敷 于 受 试 动 物 的 皮 肤 上, 在 规 定 的 时 间 间 隔 内, 观 察 动 物 皮 肤 局 部 刺 激 作 用 的 程 度 并 进 行 评 分 采 用 自 身 对 照, 以 评 价 受 试 物 对 皮 肤 的 刺 激 作 用 急 性 皮 肤 刺 激 性 试 验 观 察 期 限 应 足 以 评 价 该 作 用 的 可 逆 性 或 不 可 逆 性 三 仪 器 与 试 剂 1. 受 试 物 液 体 受 试 物 一 般 不 需 稀 释, 可 直 接 使 用 原 液 若 受 试 物 为 固 体, 应 将 其 研 磨 成 细 粉 状, 并 用 水 或 其 它 无 刺 激 性 溶 剂 充 分 湿 润, 以 保 证 受 试 物 与 皮 肤 有 良 好 的 接 触 使 用 其 它 溶 剂, 应 考 虑 到 该 溶 剂 对 受 试 物 皮 肤 刺 激 性 的 影 响 受 试 物 为 强 酸 或 强 碱 (ph 值 2 或 11.5), 可 以 不 再 进 行 皮 肤 刺 激 试 验 此 外, 若 已 知 受 试 物 有 很 强 的 经 皮 吸 收 毒 性, 经 皮 LD50 小 于 200mg/kg 体 重 或 在 急 性 经 皮 毒 性 试 验 中 受 试 物 剂 量 为 5000mg/kg 体 重 仍 未 出 现 皮 肤 刺 激 性 作 用, 也 无 需 进 行 急 性 皮 肤 刺 激 性 试 验 2. 实 验 动 物 和 饲 养 环 境 多 种 哺 乳 动 物 均 可 被 选 为 实 验 动 物, 首 选 白 色 家 兔 应 使 用 成 年 健 康 皮 肤 无 损 伤 的 动 物, 雌 性 和 雄 性 均 可, 但 雌 性 动 物 应 是 未 孕 和 未 曾 产 仔 的 实 验 动 物 至 少 要 用 4 只, 如 要 澄 清 某 些 可 疑 的 反 应 则 需 增 加 实 验 动 物 数 实 验 动 物 应 单 笼 饲 养, 试 验 前 动 物 要 在 实 验 动 物 房 环 境 中 至 少 适 应 3d 时 间 实 验 动 物 及 实 验 动 物 房 应 符 合 国 家 相 应 规 定 选 用 常 规 饲 料, 饮 水 不 限 制 四 实 验 步 骤 1. 试 验 前 约 24 h, 将 实 验 动 物 背 部 脊 柱 两 侧 毛 剪 掉, 不 可 损 伤 表 皮, 去 毛 范 围 左 右 各 约 2cm 3cm 2. 取 受 试 物 约 0. 5 ml(g) 直 接 涂 在 皮 肤 上, 然 后 用 二 层 纱 布 (2.5cm 2.5cm) 和 一 层 玻 璃 纸 或 类 似 物 覆 盖, 再 用 无 刺 激 性 胶 布 和 绷 带 加 以 固 定 另 一 侧 皮 肤 作 为 对 照 采 用 封 闭 试 验, 敷 用 时 间 为 4h 对 化 妆 品 产 品 而 言, 可 根 据 人 的 实 际 使 用 和 产 品 类 型, 延 长 或 缩 短 敷 用 时 间 对 用 后 冲 洗 的 化 妆 品 产 品, 仅 采 用 2 h 敷 用 试 验 试 验 结 束 后 用 温 水 或 无 刺 激 性 溶 剂 清 除 残 留 受 试 物 如 怀 疑 受 试 物 可 能 引 起 严 重 刺 激 或 腐 蚀 作 用, 可 采 取 分 段 试 验, 将 三 个 涂 布 受 试 物 的 纱 布 块 同 时 或 先 后 敷 贴 在 一 只 家 兔 背 部 脱 毛 区 皮 肤 上, 分 别 于 涂 敷 后 3 min 60min 和 4 h 取 下 一 块 纱 布, 皮 肤 涂 敷 部 位 在 任 一 时 间 点 出 现 腐 蚀 作 用, 即 可 停 止 试 验 3. 于 清 除 受 试 物 后 的 和 72 h 观 察 涂 抹 部 位 皮 肤 反 应, 按 表 1 进 行 皮 肤 反

141 应 评 分, 以 受 试 动 物 积 分 的 平 均 值 进 行 综 合 评 价, 根 据 和 72 h 各 观 察 时 点 最 高 积 分 均 值, 按 表 2 判 定 皮 肤 刺 激 强 度 4. 观 察 时 间 的 确 定 应 足 以 观 察 到 可 逆 或 不 可 逆 刺 激 作 用 的 全 过 程, 一 般 不 超 过 14d 5. 多 次 皮 肤 刺 激 性 试 验 步 骤 6. 试 验 前 将 实 验 动 物 背 部 脊 柱 两 侧 被 毛 剪 掉, 去 毛 范 围 各 为 2cm 3cm, 涂 抹 面 积 2.5 cm 2.5cm 7. 取 受 试 物 约 0.5mL(g) 涂 抹 在 一 侧 皮 肤 上, 当 受 试 物 使 用 无 刺 激 性 溶 剂 配 制 时, 另 一 侧 涂 溶 剂 作 为 对 照, 每 天 涂 抹 1 次, 连 续 涂 抹 14d 从 第 二 天 开 始, 每 次 涂 抹 前 应 剪 毛, 用 水 或 无 刺 激 性 溶 剂 清 除 残 留 受 试 物 一 小 时 后 观 察 结 果, 按 表 1 评 分, 对 照 区 和 试 验 区 同 样 处 理 五 结 果 处 理 1. 结 果 评 价 按 下 列 公 式 计 算 每 天 每 只 动 物 平 均 积 分, 以 表 2 判 定 皮 肤 刺 激 强 度 红 斑 和 水 肿 积 分 每 天 每 只 动 物 平 均 积 分 = 受 试 动 物 数 14 表 1 皮 肤 刺 激 反 应 评 分 皮 肤 反 应 积 分 红 斑 和 焦 痂 形 成 无 红 斑 0 轻 微 红 斑 ( 勉 强 可 见 ) 1 明 显 红 斑 2 中 度 ~ 重 度 红 斑 3 严 重 红 斑 ( 紫 红 色 ) 至 轻 微 焦 痂 形 成 4 水 肿 形 成 无 水 肿 0 轻 微 水 肿 ( 勉 强 可 见 ) 1 轻 度 水 肿 ( 皮 肤 隆 起 轮 廓 清 楚 ) 2 中 度 水 肿 ( 皮 肤 隆 起 约 1mm) 3 重 度 水 肿 ( 皮 肤 隆 起 超 过 1mm, 范 围 扩 大 ) 4 最 高 积 分 8 2. 试 验 报 告 试 验 报 告 应 以 表 格 形 式 总 结, 包 括 如 下 内 容 : (1) 受 试 物 名 称 理 化 性 状 配 制 方 法 和 用 量 必 要 时 说 明 受 试 物 的 ph 值 ; (2) 实 验 动 物 的 种 属 品 系 性 别 体 重 和 来 源 ( 注 明 合 格 证 号 和 动 物 级 别 ); (3) 实 验 动 物 饲 养 环 境, 包 括 饲 料 来 源 室 温 相 对 湿 度 实 验 动 物 房 合 格 证 号 ; (4) 每 个 动 物 在 每 一 观 察 时 点 的 皮 肤 刺 激 反 应 积 分 ; (5) 具 体 描 述 除 刺 激 性 以 外 的 其 它 毒 性 作 用 ;

142 (6) 结 论 表 2 皮 肤 刺 激 强 度 分 级 积 分 均 值 强 度 0 ~ < 0.5 无 刺 激 性 0.5 ~ < 2.0 轻 刺 激 性 2.0 ~ < 6.0 中 刺 激 性 6.0 ~ 8.0 强 刺 激 性 表 3 对 家 兔 急 性 皮 肤 刺 激 性 试 验 结 果 (78h 表 格 部 分 略 ) 动 物 编 号 性 1h 24h 48h 别 体 重 样 品 对 照 样 品 对 照 样 品 对 照 (kg) 红 水 总 红 水 总 红 水 总 红 水 总 红 水 总 红 水 斑 肿 分 斑 肿 分 斑 肿 分 斑 肿 分 斑 肿 分 斑 肿 总 分 总 积 分 均 值 刺 激 强 度 分 级 表 4 对 家 兔 多 次 皮 肤 刺 激 性 试 验 结 果 涂 抹 天 数 动 物 数 ( 只 ) 天 每 只 动 物 积 分 均 值 每 天 每 只 动 物 积 分 均 值 刺 激 反 应 积 分 样 品 对 照 红 斑 水 肿 总 分 红 斑 水 肿 总 分

143 六 注 意 事 项 急 性 皮 肤 刺 激 试 验 结 果 从 动 物 外 推 到 人 的 可 靠 性 很 有 限 白 色 家 兔 在 大 多 数 情 况 下 对 有 刺 激 性 或 腐 蚀 性 的 物 质 较 人 类 敏 感 若 用 其 它 品 系 动 物 进 行 试 验 时 也 得 到 类 似 结 果, 则 会 增 加 从 动 物 外 推 到 人 的 可 靠 性 试 验 中 使 用 封 闭 式 接 触 是 一 种 超 常 的 实 验 室 条 件 下 的 试 验, 在 人 类 实 际 使 用 化 妆 品 过 程 中 很 少 存 在 这 种 接 触 方 式 七 思 考 题 1. 动 物 皮 肤 刺 激 性 或 腐 蚀 性 试 验 的 基 本 原 则 要 求 和 方 法

144 附 录 : 食 品 毒 理 学 实 验 室 操 作 规 范 1 主 题 内 容 与 适 用 范 围 本 规 范 规 定 了 食 品 毒 理 学 实 验 室 ( 包 括 实 验 动 物 房 ) 的 要 求 本 规 范 适 用 于 经 卫 生 行 政 部 门 认 可 有 资 格 进 行 食 品 毒 理 学 试 验 的 单 位 2 引 用 标 准 GB 5749 生 活 饮 用 水 卫 生 标 准 3 定 义 3.1 受 试 物 指 本 规 范 范 围 内 的 各 种 测 试 样 品 3.2 试 验 系 统 指 经 受 试 物 及 对 照 物 处 理 的 一 切 动 物, 微 生 物 及 其 他 生 物 按 食 品 毒 理 学 要 求 进 行 的 试 验, 也 包 括 所 用 的 方 法 3.3 对 照 物 指 在 试 验 系 统 中 用 于 鉴 定 测 试 生 物 的 生 物 学 特 性 和 试 验 系 统 的 敏 感 性 及 特 异 性 的 物 质, 以 及 用 于 试 验 系 统 中 结 果 判 定 时 同 受 试 物 进 行 比 较 的 物 质 3.4 标 本 3.5 一 切 用 于 测 试 的 受 试 物, 从 试 验 系 统 中 取 出 的 用 于 检 查 或 分 析 的 物 品 均 称 作 标 本 原 始 资 料 实 验 研 究 过 程 中 进 行 试 验 和 各 种 活 动 观 察 的 记 录, 包 括 所 有 实 验 记 录 及 数 据, 自 动 分 析 测 试 仪 器 上 的 记 录 资 料, 照 片 和 声 像 记 录, 原 件 或 复 印 件 等 3.6 试 验 开 始 日 期 及 完 成 日 期 试 验 负 责 人 签 署 试 验 方 案 的 日 期 为 试 验 开 始 日 期, 签 署 最 终 试 验 结 果 报 告 的 日 期 为 试 验 完 成 日 期 3.7 试 验 负 责 人 负 责 有 关 课 题 设 计 的 审 查 批 准 或 兼 为 课 题 负 责 人 3.8 课 题 负 责 人 负 责 课 题 或 分 课 题 的 设 计, 试 验 的 技 术 措 施, 对 试 验 进 行 解 释, 分 析 起 草 有 关 文 件 和 试 验 报 告, 对 实 验 的 质 控 提 出 证 明 3.9 质 量 控 制 人 员 指 课 题 负 责 人 之 外 的 食 品 毒 理 学 专 家 及 有 关 人 员, 负 责 对 实 验 质 量 的 控 制 4 人 员 和 组 织 4.1 人 员 实 验 人 员 必 须 经 过 良 好 的 教 育 和 训 练, 具 有 一 定 的 工 作 经 验, 能 胜 任 相 应 的 工 作, 具 有 严 谨 的 科 学 态 度 和 高 度 的 责 任 心

145 4.1.2 实 验 人 员 必 须 注 意 个 人 卫 生, 避 免 污 染 受 试 物 对 照 物 和 试 验 系 统 实 验 人 员 必 须 穿 着 适 合 其 工 作 性 质 的 特 定 的 工 作 服, 这 些 工 作 服 必 须 能 防 止 实 验 人 员 受 到 受 试 物 对 照 物 和 试 验 系 统 的 污 染, 并 适 当 地 进 行 更 换 实 验 人 员 一 旦 发 现 患 有 对 实 验 质 量 有 不 良 影 响 的 疾 病 时, 必 须 禁 止 其 直 接 接 触 所 有 的 受 试 物 对 照 物 和 试 验 系 统, 直 到 疾 病 痊 愈 如 果 实 验 人 员 的 健 康 影 响 到 实 验 质 量, 必 须 立 即 向 试 验 负 责 人 及 课 题 负 责 人 汇 报 并 采 取 必 要 的 措 施, 以 确 保 实 验 质 量 所 有 实 验 人 员 必 须 明 确 他 们 自 己 所 从 事 工 作 的 内 容 和 各 自 的 职 责 4.2 组 织 课 题 负 责 人 提 出 全 面 的 试 验 方 案, 经 试 验 负 责 人 签 署 确 定 课 题 的 参 加 人 员 及 分 工 实 施 试 验 方 案 一 旦 发 现 影 响 实 验 质 量 和 可 靠 性 的 意 外 情 况, 必 须 立 即 采 取 相 应 的 纠 正 措 施, 并 作 好 记 录 由 除 课 题 负 责 人 以 外 的 具 有 丰 富 经 验 的 专 家 组 成 质 量 保 证 系 统, 负 责 监 控 实 验, 确 保 设 备 仪 器 人 员 方 法 操 作 记 录 和 质 量 控 制 符 合 本 规 范 按 照 试 验 计 划, 在 人 力 财 力 设 备 材 料 和 法 学 上 得 到 充 分 保 证, 确 保 及 时 和 准 确 地 完 成 实 验 设 计 中 所 规 定 的 研 究 项 目 课 题 负 责 人 负 责 课 题 资 料 的 分 析 解 释, 起 草 有 关 文 件 和 试 验 报 告 试 验 全 过 程 资 料 归 档 5 实 验 室 5.1 试 验 和 测 量 装 置 实 验 室 应 配 备 满 足 试 验 和 测 量 要 求 的 装 置 装 置 应 合 理 安 放, 以 利 于 操 作 检 查 清 理 及 保 养 每 项 试 验 和 测 量 装 置 应 保 存 记 录, 记 录 应 包 括 : 该 项 装 置 的 名 称 ; 制 造 厂 家 及 型 号 标 志 ; 收 到 日 期 ; 启 用 日 期 ; 电 源 安 置 ; 维 护 细 节 ; 最 近 检 定 校 准 日 期 每 项 试 验 和 测 量 装 置 的 操 作 说 明 书 应 妥 善 保 存, 并 应 方 便 使 用, 实 验 装 置 只 应 由 批 准 从 事 该 项 工 作 的 人 员 操 作 装 置 任 何 部 分 出 现 超 负 荷, 或 使 用 不 当, 或 结 果 可 疑, 或 由 检 定 及 其 他 方 法 判 定 有 缺 陷 时, 应 停 止 使 用, 进 行 修 理 并 记 录 备 案 如 果 是 测 量 装 置, 还 应 经 检 定 校 准 合 格 后

146 才 能 使 用 5.2 检 验 方 法 及 程 序 实 验 单 位 备 有 说 明 机 器 的 正 确 操 作, 检 查 调 整 及 整 理 的 方 法, 以 及 机 器 发 生 故 障 或 破 损 时 应 采 取 的 修 理 手 续 的 标 准 操 顺 序 书 面 说 明 书, 便 于 工 作 人 员 查 阅 和 使 用 规 定 的 标 准 操 作 程 序 的 任 何 变 动 应 得 到 主 管 部 门 的 书 面 批 准 试 剂 与 溶 液 实 验 区 内 的 所 有 试 剂 与 溶 液 应 用 标 签 标 明 其 性 质 浓 度 保 存 要 求 及 失 效 期, 特 殊 试 剂 应 用 指 定 容 器 保 存 变 质 或 过 期 的 试 剂 与 溶 液 不 能 使 用 试 剂 与 溶 液 ( 特 别 是 危 险 品 ) 应 妥 善 保 管, 在 称 取 和 使 用 时 防 止 造 成 污 染 和 变 质, 保 持 试 剂 与 溶 液 的 专 一 性 质 接 收 与 取 出 试 剂 的 量 及 日 期 应 记 录 存 档 受 试 物 和 对 照 物 受 试 物 和 对 照 物 的 特 性 受 试 物 和 对 照 物 的 成 分 含 量 浓 度 纯 度 稳 定 性 及 合 成 方 法 等 反 映 受 试 物 和 对 照 物 特 性 的 指 标 应 有 完 整 资 料 并 存 档 如 受 试 物 和 对 照 物 为 市 售 品, 应 加 以 注 明 受 试 物 和 对 照 物 的 管 理 用 于 贮 存 受 试 物 和 对 照 物 的 容 器 应 标 明 名 称 批 号 有 效 期 及 贮 存 条 件 受 试 物 应 注 明 其 属 性 和 采 集 日 期, 并 与 标 本 容 器 的 标 签 及 其 他 结 果 相 一 致 应 妥 善 保 存 标 本 及 其 观 察 记 录, 便 于 进 一 步 的 研 究 标 本 保 存 应 满 足 记 录 资 料 保 存 的 有 关 要 求 ( 见 第 6 章 ) 受 试 物 对 照 物 与 载 体 的 混 合 物 受 试 物 对 照 物 与 载 体 的 混 合 物 应 符 合 试 验 要 求 所 用 载 体 应 对 混 合 物 中 受 试 物 或 对 照 物 的 特 性 试 验 系 统 程 序 实 施 及 测 试 结 果 无 干 扰 作 用 应 测 定 受 试 物, 对 照 物 在 混 合 物 中 的 均 匀 性, 定 期 测 定 受 试 物 对 照 物 在 混 合 物 中 的 浓 度 及 稳 定 性 在 受 试 物 对 照 物 与 载 体 的 混 合 物 中, 任 一 组 分 有 失 效 期 时, 应 在 容 器 上 注 明 ; 如 两 种 或 两 种 以 上 组 分 有 失 效 期 时, 应 注 明 较 早 的 那 一 种 6 检 验 的 方 案 设 计 与 实 施 6.1 方 案 设 计 每 项 试 验 应 有 书 面 的 设 计 方 案, 包 括 : 试 验 项 目 名 称 及 研 究 目 的 ; 试 验 项 目 来 源 ; 试 验 单 位 的 名 称 和 地 址 ; 试 验 项 目 论 证 ;

147 所 用 试 验 系 统 ; 试 验 系 统 的 鉴 定 ; 所 用 试 验 和 测 量 装 置 的 名 称 型 号 量 程 以 及 测 定 项 目 ; 给 予 受 试 物 及 对 照 物, 或 受 试 物 对 照 物 与 载 体 的 混 合 物 的 剂 量 途 径 和 频 率 ; 试 验 记 录 ; 出 现 不 一 致 的 结 果 或 异 常 情 况 时, 应 采 取 的 措 施 拟 用 的 统 计 学 方 法 为 保 证 实 验 人 员 安 全 和 防 止 其 他 损 失 应 采 取 的 预 防 措 施 设 计 方 案 认 可 后, 任 何 更 改 及 其 原 因 应 由 试 验 负 责 人 签 字, 注 明 日 期, 并 与 原 方 案 一 同 备 案 保 存 6.2 试 验 的 实 施 试 验 的 实 施 应 按 设 计 方 案 进 行 试 验 过 程 中 获 取 的 标 本 应 注 明 其 属 性 和 采 集 日 期, 并 与 标 本 容 器 的 标 签 及 其 他 记 录 相 一 致 应 妥 善 保 存 标 本 及 其 观 察 记 录, 便 于 进 一 步 的 研 究 标 本 保 存 应 满 足 记 录 资 料 保 存 的 有 关 要 求 ( 见 第 6 章 ) 7 记 录 和 资 料 7.1 除 自 动 分 析 测 试 系 统 得 到 的 资 料 外, 所 有 观 察 和 计 算 应 立 即 用 墨 水 笔 清 楚 地 记 录 下 来, 由 记 录 人 签 字 并 注 明 日 期 ; 记 录 资 料 的 任 何 更 改 应 注 明 原 因 更 改 日 期 并 签 字 自 动 分 析 测 试 系 统 得 到 的 资 料 应 由 操 作 者 签 字 并 注 明 日 期 ; 更 改 自 动 分 析 测 试 系 统 记 录 的 资 料 时, 应 由 试 验 负 责 人 认 可, 注 明 原 因, 更 改 日 期 并 签 字 7.2 记 录 和 资 料 的 保 存 试 验 获 得 的 所 有 原 始 数 据 文 件 设 计 方 案 标 本 ( 血 尿 便 体 液 等 湿 标 本 除 外 ) 阶 段 性 报 告 及 总 报 告 应 存 档, 建 立 索 引 以 便 于 查 阅 记 录 和 资 料 应 有 指 定 存 放 地 点, 并 由 档 案 负 责 人 管 理, 查 阅 档 案 应 事 先 得 到 批 准 记 录 和 资 料 应 至 少 保 留 两 年, 但 应 视 情 况 具 体 考 虑, 如 用 于 案 件 诉 讼, 提 供 法 律 依 据 的 记 录 和 资 料, 有 关 尚 未 批 准 的 新 原 料 新 产 品 检 验 的 记 录 和 资 料, 则 可 延 长 到 5 年 8 试 验 报 告 8.1 实 验 室 所 完 成 的 工 作 应 有 全 面 的 试 验 报 告 试 验 报 告 应 准 确, 客 观 地 陈 述 试 验 结 果 及 所 有 有 关 情 况 8.2 试 验 报 告 应 包 括 如 下 内 容 : 实 验 室 的 名 称 和 地 址, 试 验 的 起 止 日 期 ;

148 8.2.2 统 一 的 试 验 报 告 顺 序 编 号 ; 试 验 报 告 应 标 明 页 码 ; 送 检 单 位 名 称 ; 检 品 的 描 述 和 识 别 标 志, 收 到 日 期 ; 试 验 方 法 和 程 序 ; 资 料 分 析 所 用 的 统 计 学 方 法 ; 试 验 结 果 和 结 论 ; 课 题 负 责 人 姓 名, 所 有 其 他 参 与 检 验 的 人 员 及 管 理 人 员 的 姓 名 ; 对 试 验 报 告 负 有 核 验 责 任 的 有 关 人 员 签 名 及 日 期 ; 总 报 告 应 由 试 验 负 责 人 签 名 并 注 明 日 期 总 报 告 需 修 改 或 补 充 时, 应 由 试 验 负 责 人 负 责, 明 确 需 修 改 或 补 充 的 部 分, 说 明 原 因, 签 名 并 注 明 日 期 9 环 境 9.1 实 验 室 的 环 境 条 件 应 满 足 其 检 测 工 作 的 要 求 9.2 实 验 室 应 采 取 适 当 的 措 施 以 保 证 得 到 良 好 的 管 理 9.3 实 验 用 品 及 废 弃 物 处 理 应 满 足 有 关 规 定 和 要 求 10 实 验 动 物 以 及 动 物 房 10.1 实 验 动 物 的 房 舍 设 施 要 求 实 验 动 物 的 房 舍 设 施 应 分 开 为 独 立 的 建 筑 包 括 工 作 人 员 更 衣 洗 澡 间, 动 物 饲 养 室, 洗 刷 消 毒 室, 饲 料 储 藏 室, 垫 料 储 藏 室 和 隔 离 检 疫 室 粪 便 污 水 用 过 垫 料 动 物 尸 体 和 废 物 应 有 安 全 处 理 措 施 有 特 殊 要 求 的 实 验 动 物, 如 无 菌 动 物, 无 特 殊 病 原 体 动 物, 纯 系 动 物 和 裸 鼠 均 应 有 符 合 特 定 要 求 的 建 筑 设 备, 严 格 的 卫 生 管 理 制 度 和 操 作 规 程 根 据 需 要 应 具 有 足 够 数 量 的 动 物 室 或 区 域 ; 根 据 动 物 品 种 品 系 或 不 同 来 源 进 行 分 离 饲 养 ; 根 据 不 同 研 究 项 目 进 行 分 离 饲 养 ; 对 已 知 具 有 生 物 性 危 害 的 受 试 物 ( 包 括 挥 发 性 物 质 放 射 性 物 质 传 染 因 子 及 具 有 三 致 危 害 的 物 质 ), 必 须 有 能 进 行 隔 离 试 验 的 特 别 动 物 室 或 区 域, 以 防 环 境 污 染 动 物 室 设 施 应 有 良 好 的 换 气 通 风 装 置 和 排 水 通 道 室 内 六 面 光 洁, 设 有 防 鼠 防 虫 和 降 温 防 寒 等 设 施 猫 狗 猴 等 大 型 实 验 动 物 的 繁 殖 室 或 实 验 室 应 有 适 当 的 运 动 场 地, 可 靠 的 铁 丝 网 或 高 墙 和 双 层 门 的 设 施, 以 防 动 物 逃 逸 具 有 一 定 规 模 的 实 验 动 物 室 建 筑, 周 围 至 少 应 有 20m 卫 生 间 隔 区 10.2 一 般 动 物 房 的 管 理 要 求 动 物 房 的 温 度 要 保 持 相 对 恒 定, 每 天 的 温 度 相 差 不 超 过 2~4, 各 类 动 物 对 温 度 的 要 求 是 :18~25

149 室 内 相 对 湿 度 以 40% 一 80% 为 宜 应 避 免 高 频 率 噪 音, 控 制 噪 音 在 60dB 以 内, 并 避 免 超 声 波 的 干 扰 动 物 房 内 不 应 有 异 常 浓 烈 的 气 味, 主 要 由 动 物 排 泻 物 产 生 的 氨 味 ( 其 浓 度 应 控 制 在 20mg/kg 以 下 ) 动 物 房 应 保 持 整 齐, 室 内 动 物 笼 具 不 能 过 密, 每 笼 动 物 只 数 不 能 过 多 动 物 房 内 禁 止 吸 烟 动 物 饲 养 室 内 不 得 放 置 与 试 验 无 关 的 杂 物 10.3 动 物 管 理 要 求 动 物 由 繁 殖 动 物 房 或 由 外 单 位 购 入 时, 必 须 核 实 动 物 是 否 符 合 有 关 管 理 要 求 ( 品 种 动 物 等 级 等 ) 所 有 从 外 界 新 接 收 进 的 动 物 要 隔 离, 并 对 其 健 康 状 况 作 出 评 价, 至 少 对 其 观 察 3d, 确 认 正 常 后 才 能 开 始 实 验 领 入 动 物 必 须 由 课 题 组 专 人 负 责, 进 行 登 记 和 写 处 理 记 录 包 括 动 物 数 量 性 别 体 重 范 围 供 给 来 源 属 种 亚 种 年 龄 等 用 于 研 究 的 动 物 都 要 有 恰 当 的 标 记 ( 如 刺 字 颜 色 编 码 耳 标 耳 穿 孔 等 ), 研 究 期 间, 每 个 动 物 笼 上 必 须 有 记 录 卡 片 处 死 的 正 常 和 实 验 动 物 应 及 时 送 出 动 物 室, 并 作 符 合 要 求 的 处 理 对 有 严 重 毒 性 ( 包 括 致 癌 性 ) 物 质 及 经 此 处 理 的 动 物 应 及 时 放 置 规 定 的 场 所 并 进 行 焚 毁 10.4 卫 生 防 护 要 求 实 验 动 物 的 检 疫 和 疾 病 的 控 制 及 处 理 凡 外 来 实 验 动 物 至 少 经 过 3d 以 上 的 隔 离 检 疫, 以 防 传 染 病 的 侵 入 外 观 无 病 征 ( 必 要 时 作 相 应 的 实 验 室 检 查 阴 性 者 ) 方 能 进 入 饲 养 繁 殖 室 食 品 毒 理 学 研 究 前, 要 保 证 动 物 无 任 何 疾 病, 并 保 证 动 物 避 免 可 影 响 研 究 目 的 及 实 施 的 因 素 如 果 在 研 究 过 程 中, 动 物 接 触 了 上 述 疾 病 与 因 素, 有 病 动 物 必 须 隔 离, 如 有 需 要 并 且 治 疗 不 影 响 研 究, 可 对 动 物 进 行 对 病 或 对 症 的 治 疗 其 诊 断 对 动 物 治 疗 的 批 准 治 疗 所 用 药 品 措 施 及 治 疗 的 日 期 都 要 有 记 录 并 保 存 动 物 发 生 疾 病 死 亡 应 及 时 进 行 病 理 尸 检 或 其 他 实 验 室 检 查, 作 出 诊 断, 提 出 处 理 意 见 当 动 物 发 生 传 染 病 时, 原 则 上 全 部 销 毁 房 屋 用 具 笼 架 垫 料 衣 帽 等 必 须 进 行 彻 底 消 毒 动 物 室 封 锁 一 段 时 间 才 能 使 用 必 要 时 报 告 试 验 负 责 人 及 主 管 部 门 实 验 动 物 发 生 烈 性 传 染 病 流 行 时, 应 立 即 上 报 实 验 动 物 检 定 中 心, 同 时 采 取 严 格 的 隔 离 消 毒 措 施, 以 免 传 染 病 的 蔓 延 如 有 拖 延 或 不 报 告 者, 所 在 单 位 及 个 人 要 承 担 责 任 尸 体 处 理 : 尸 体 处 理 一 般 要 求 焚 烧, 深 埋, 大 型 动 物 可 消 毒 加 工 后 利 用 饲 料 和 饲 喂 卫 生 为 了 保 障 实 验 动 物 的 营 养 和 健 康, 保 证 动 物 的 质 量, 必 须 供 应 给 实 验 动 物 营

150 养 丰 富 清 洁 新 鲜 的 全 价 饲 料 一 般 动 物 房 应 有 符 合 要 求 的 各 种 配 方 的 动 物 饲 料, 成 品 应 放 在 塑 料 桶 内, 最 长 不 宜 超 过 两 个 月 若 置 于 低 温 储 藏 库 内, 可 适 当 延 长 保 存 期 防 止 野 鼠 昆 虫 化 学 药 品 和 农 药 的 污 染 自 配 饲 料 必 须 保 证 原 料 的 卫 生 安 全, 必 要 时 对 某 些 成 分 进 行 消 毒 处 理 新 鲜 饲 料 水 果 牛 奶 牛 肉 必 须 冷 藏 (4~8 ), 新 鲜 蔬 菜 必 须 洗 净, 晾 干 后 再 用 对 腐 烂 发 霉 调 剂 不 当 接 触 过 有 毒 药 物 的 饲 料, 没 有 消 毒 蒸 熟 及 其 他 动 物 剩 余 的 饲 料 不 能 喂 养 动 物, 否 则 易 引 起 疾 病 或 死 亡 应 供 给 动 物 清 洁, 充 足 的 饮 用 水, 饮 水 必 须 符 合 GB 5749 的 要 求, 给 水 的 用 具 一 定 要 保 持 卫 生, 水 瓶 定 时 洗 刷 和 消 毒, 防 止 堵 塞 或 水 管 过 大 漏 水 用 于 动 物 的 饲 料 及 饮 水 要 定 期 分 析, 以 保 证 已 知 的 可 能 影 响 研 究 的 而 又 可 能 存 在 于 这 些 饲 料 和 饮 水 中 的 污 染 物 不 超 过 设 计 中 所 限 定 的 水 平, 这 些 分 析 资 料 要 作 为 原 始 资 料 保 存 用 具 卫 生 动 物 笼 架 及 附 属 设 备 使 用 完 毕 必 须 刷 洗 消 毒, 妥 善 存 放 填 料 来 源 应 符 合 要 求, 必 要 时 消 毒 处 理 对 于 啮 齿 类 动 物, 铺 ( 填 ) 料 每 周 至 少 更 换 三 次 ( 隔 日 一 次 ), 并 清 洗 底 盘, 一 般 每 2~4 周 消 毒 一 次, 必 要 时 每 周 消 毒 一 次 笼 架 每 天 清 洗 一 次, 必 要 时 进 行 刷 洗 消 毒 动 物 房 内 设 备 桌 面 地 面 应 每 日 进 行 清 扫 和 擦 洗 有 毒 物 特 别 是 毒 性 强 有 致 癌 作 用 的 饲 料, 在 实 验 结 束 时 必 须 及 时 焚 毁 盛 放 的 容 器, 操 作 的 用 具 应 作 消 毒 处 理 工 作 人 员 卫 生 防 护 动 物 房 内 有 专 用 的 衣 帽 手 套 鞋 等, 工 作 人 员 进 出 动 物 房 必 须 更 换 这 些 专 用 衣 着, 一 般 情 况 下, 每 周 换 洗 一 次, 特 殊 情 况 下 随 时 换 洗 和 消 毒 处 理 接 触 动 物 之 前 后 都 应 洗 手 ( 必 要 时 消 毒 ), 尤 其 在 做 过 清 洁 卫 生, 饭 前 便 后 以 及 同 时 接 触 两 种 不 同 的 动 物 或 两 种 以 上 受 试 物 等 时 更 应 洗 手 工 作 人 员 有 轻 度 感 冒 时 应 戴 口 罩, 应 尽 量 避 免 减 少 直 接 接 触 动 物 严 重 感 冒 或 其 他 传 染 性 疾 病 者 禁 止 进 入 动 物 房 直 到 疾 病 痊 愈 所 有 实 验 人 员 的 健 康 状 况 如 果 影 响 到 实 验 质 量, 必 须 向 上 一 级 有 关 人 员 汇 报 随 时 关 好 动 物 房 门 窗, 在 处 理 动 物 开 关 笼 门 时 应 防 止 动 物 逃 逸, 若 有 动 物 逃 逸 时, 必 须 由 当 事 人 负 责 捕 获 并 作 出 处 理

151 生 物 化 学 实 验 指 导 书 ( 适 用 于 食 品 食 安 制 药 生 技 生 工 专 业 ) 董 英 王 云 陈 力 宏 编 江 苏 大 学 食 品 与 生 物 工 程 实 验 中 心

152 目 录 实 验 1 糖 的 呈 色 反 应 和 还 原 糖 的 检 验.1 实 验 2 糖 的 定 量 测 定.6 实 验 3 粗 脂 肪 的 抽 提 测 定 (Soxhlet 提 取 法 ).8 实 验 4 脂 肪 酸 价 的 测 定...10 实 验 5 血 清 胆 固 醇 的 测 定 ( 磷 硫 铁 法 ) 12 实 验 6 蛋 白 质 和 氨 基 酸 的 呈 色 反 应...14 实 验 7 蛋 白 质 的 沉 淀 变 性 反 应.20 实 验 8 蛋 白 质 浓 度 测 定 (1) 总 氮 量 的 测 定...23 实 验 9 蛋 白 质 浓 度 测 定 (2) 紫 外 线 (UV) 吸 收 法..27 实 验 10 蛋 白 质 浓 度 测 定 (3) 考 马 斯 亮 蓝 染 色 法...30 实 验 11 蛋 白 质 分 子 量 测 定 SDS 聚 丙 烯 酰 胺 凝 胶 电 泳 32 实 验 12 氨 基 酸 的 分 离 与 鉴 定 滤 纸 层 析 法...39 实 验 13 酵 母 RNA 提 取 与 地 衣 酚 显 色 测 定 法..43 实 验 14 核 酸 浓 度 测 定 紫 外 线 (UV) 吸 收 法...46 实 验 15 维 生 素 A B 1 和 B 2 的 定 性 鉴 定.48 实 验 16 维 生 素 C 的 定 量 测 定 (2,6- 二 氯 酚 靛 酚 滴 定 法 )...50 实 验 17 酶 的 特 性 底 物 专 一 性...53 实 验 18 影 响 酶 促 反 应 速 度 的 因 素 (1) 温 度 最 适 温 度.55 实 验 19 影 响 酶 促 反 应 速 度 的 因 素 (2) ph 最 适 ph..57 实 验 20 影 响 酶 促 反 应 速 度 的 因 素 (3) 激 活 剂 与 抑 射 剂...59 实 验 21 过 氧 化 氢 酶 米 氏 常 数 的 测 定...61 附 录

153 食 品 化 学 实 验 指 导 书 ( 适 用 于 食 品 食 安 专 业 ) 敬 璞 马 永 昆 曲 文 娟 编 江 苏 大 学 食 品 与 生 物 工 程 实 验 中 心

154 目 录 实 验 一 水 分 含 量 与 水 分 活 度 的 测 定 1 实 验 二 淀 粉 的 微 观 结 构 与 凝 胶 9 实 验 三 美 拉 德 反 应 14 实 验 四 酶 促 褐 变 17 实 验 五 氧 化 酸 败 20 实 验 六 蛋 白 质 起 泡 性 的 测 定 23 附 录 一 质 构 分 析 仪 ( 物 性 仪 ) 的 使 用 27 附 录 二 线 性 铺 展 仪 的 使 用 30 附 录 三 磷 酸 缓 冲 溶 液 的 配 制 31 附 录 四 分 光 光 度 计 的 使 用 32

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171 0 绪 论 0.1 食 品 工 业 生 产 过 程 及 单 元 操 作 概 念 食 品 工 业 生 产 过 程 食 品 工 业 提 供 的 产 品 种 类 繁 多, 如 糖 烟 酒 油 盐 面 粉 茶 奶 粉 牛 奶 火 腿 肠 饼 干 面 包 纯 净 水 脱 水 蔬 菜, 等 等 食 品 工 业 生 产 过 程 是 对 食 品 原 料 进 行 物 理 生 物 化 学 生 物 化 学 等 的 加 工 或 操 作, 以 获 取 食 品 成 品 或 中 间 产 品 的 过 程 有 些 食 品 工 业 生 产 过 程 通 过 一 个 或 多 个 纯 物 理 过 程 即 可 得 到 成 品 或 中 间 产 品, 此 类 生 产 过 程 被 划 分 成 一 个 或 多 个 物 理 操 作 步 骤 或 称 操 作 单 元 另 有 一 些 食 品 工 业 生 产 过 程, 涉 及 生 物 化 学 生 物 化 学 等 加 工 或 以 这 些 加 工 为 主, 过 程 的 核 心 应 当 是 生 物 化 学 等 反 应 和 反 应 器 为 了 过 程 能 经 济 有 效 地 进 行, 反 应 器 中 应 保 持 某 些 优 化 操 作 条 件, 如 适 宜 的 压 强 温 度 浓 度 界 面 积 等, 食 品 原 料 必 须 经 过 一 系 列 的 预 处 理, 以 除 去 杂 质, 达 到 必 要 的 纯 度 温 度 压 强 接 触 面 积 等, 这 些 过 程 可 称 为 前 处 理 反 应 物 同 样 需 要 经 过 各 种 后 处 理 过 程 加 以 精 制, 以 获 得 最 终 成 品 或 中 间 产 品 反 应 前 后 的 处 理 过 程 涉 及 的 操 作 仍 是 物 理 操 作, 且 占 过 程 总 操 作 的 比 例 较 大, 所 耗 设 备 费 和 操 作 费 在 总 费 用 中 所 占 比 例 也 就 较 大 以 啤 酒 生 产 过 程 为 例, 从 原 料 到 产 品 经 历 下 述 过 程 : 原 料 麦 芽 大 米 粉 碎 混 合 预 浸 糊 化 糖 化 过 滤 麦 汁 煮 沸 定 浓 酒 花 分 离 麦 汁 冷 却 发 酵 啤 酒 过 滤 灌 装 杀 菌 成 品 啤 酒, 糖 化 发 酵 过 程 是 典 型 的 具 有 化 学 生 物 特 征 的 过 程, 其 余 前 后 处 理 的 操 作 步 骤 或 操 作 单 元 则 以 物 理 操 作 为 主 要 特 征, 为 糖 化 和 发 酵 提 供 优 化 条 件 以 及 用 于 得 到 成 品, 在 啤 酒 生 产 过 程 中 所 占 比 例 较 大, 消 耗 了 啤 酒 生 产 企 业 较 多 的 设 备 投 资 和 操 作 费 用 对 整 个 食 品 工 业 生 产 过 程 而 言, 物 理 操 作 步 骤 或 操 作 单 元 非 常 重 要 单 元 操 作 食 品 工 业 生 产 过 程 和 类 似 的 其 他 工 业 生 产 过 程 如 化 工 石 油 制 药 生 物 工 程 材 料 等 生 产 过 程 可 统 称 为 化 工 类 型 生 产 过 程 化 工 类 型 生 产 过 程 中 都 包 含 有 各 类 物 理 操 作 步 骤, 这 些 物 理 操 作 步 骤 称 为 单 元 操 作 (unit operation), 如 流 体 输 送 粉 碎 均 质 乳 化 搅 拌 过 滤 沉 降 离 心 分 离 加 热 冷 却 蒸 发 结 晶 冷 冻 吸 附 脱 气 萃 取 浸 提 蒸 馏 干 燥 膜 分 离 等 单 元 操 作 的 特 点 是 : 各 类 单 元 操 作 都 是 物 理 操 作 或 以 物 理 操 作 为 主 ; 单 元 操 作 应 用 于 不 同 化 工 类 型 的 生 产 过 程 其 原 理 相 同 ; 同 一 单 元 操 作 的 设 备 在 各 种 化 工 类 型 生 产 过 程 中 可 以 通 用, 但 其 数 量 和 排 列 顺 序 按 照 不 同 工 艺 的 要 求 当 然 可 以 发 生 变 化 食 品 工 业 中 的 单 元 操 作 由 化 学 工 程 学 科 的 单 元 操 作 学 分 化 而 来, 并 结 合 食 品 生 产 的 特 点 形 成 食 品 工 程 原 理 课 程 的 主 要 内 容 为 了 解 此 点, 必 须 首 先 了 解 单 元 操 作 学 的 有 关 知 识 0.2 单 元 操 作 学 的 形 成 和 内 容 单 元 操 作 学 的 形 成 包 含 食 品 工 业 生 产 过 程 的 化 工 类 型 各 生 产 过 程 大 部 分 由 物 理 操 作 即 单 元 操 作 组 成, 具 有 相 似 性, 但 早 期 的 化 工 类 型 各 生 产 过 程 的 研 究 和 表 达 却 彼 此 独 立, 既 不 统 一, 又 难 以 简 化 随 着 研 究 的 深 入, 人 们 发 现 化 工 类 型 各 生 产 过 程 所 用 物 理 操 作 单 元 具 有 超 越 行 业 的 共 性, 可 以 合 并 进 行 研 究, 这 就 需 要 发 展 一 门 学 科 来 系 统 讨 论 物 理 操 作 单 元 的 原 理, 以 统 一 和 简 化 化 工 类 型 各 生 产 过 程 的 描 述, 这 门 学 科 就 是 单 元 操 作 学 20 世 纪 初, 为 了 适 应 化 学 工 业 发 展 和 专 业 教 育 的 需 要, 美 国 麻 省 理 工 学 院 的 W.H.Walker W.K.Lewis 和 W.H.McAdams 合 著 了 Principles of Chemical Engineering, 讨 论 了 化 工 中 一 些 物 理 操 作 单 元 的 原 理, 奠 定 了 化 工 单 元 操 作 ( 学 ) 或 化 工 原 理 的 基 础 单 元 操 作 学 的 基 本 原 理 起 初 由 化 工 单 元 操 作 ( 学 ) 或 化 工 原 理 课 程 传 播 随 着 科 学 和 技 术 的 发 展, 化 工 单 元 操 作 学 与 其 他 领 域 的 物 料 和 加 工 特 性 相 结 合, 形 成 各 专 业 内 的 单 元 操 作 学 如 食 品 工 程 原 理 制 药 工 程 原 理 生 物 工 程 原 理 等

172 0.2.2 单 元 操 作 学 的 内 容 单 元 操 作 学 是 研 究 各 类 单 元 操 作 的 学 科, 因 作 为 一 门 学 科 存 在, 其 内 容 应 该 包 含 统 一 的 研 究 对 象 和 统 一 的 研 究 方 法 即 方 法 论 单 元 操 作 学 的 统 一 的 研 究 对 象 是 化 工 类 型 生 产 过 程 中 的 各 种 单 元 操 作, 如 流 体 流 动 及 输 送 机 械 非 均 相 物 系 的 分 离 传 热 均 相 物 系 的 分 离 如 精 馏 和 吸 收 等 热 质 同 时 传 递 过 程 如 干 燥 等 操 作, 需 要 系 统 阐 述 各 单 元 操 作 的 原 理 设 备 设 计 操 作 和 开 发 方 法 经 研 究 发 现, 尽 管 单 元 操 作 种 类 繁 多, 但 其 原 理 本 质 上 都 统 一 于 三 传 (three-transfer) 过 程 原 理, 即 动 量 传 递 (momentum transfer) 热 量 传 递 (heat transfer) 和 ( 物 ) 质 量 传 递 (mass transfer) 原 理, 因 此, 单 元 操 作 学 的 统 一 研 究 对 象 是 隐 含 了 三 传 原 理 的 各 单 元 操 作 通 过 有 选 择 地 讨 论 可 揭 示 三 传 原 理 和 方 法 的 若 干 单 元 操 作, 单 元 操 作 学 应 该 能 够 实 现 对 各 种 单 元 操 作 表 达 方 法 的 统 一 单 元 操 作 学 的 统 一 的 研 究 方 法 是 实 验 研 究 法 和 数 学 模 型 法 实 验 研 究 法 主 要 是 采 用 量 纲 ( 或 因 次 ) 分 析 规 划 的 实 验 方 法, 以 使 实 验 结 果 具 有 普 遍 性, 能 够 由 此 及 彼 由 小 及 大, 也 即 水 空 气 等 的 实 验 结 果 能 推 广 应 用 于 其 他 物 料, 实 验 室 小 型 设 备 上 获 得 的 结 果 能 推 广 应 用 于 工 业 生 产 大 型 设 备, 而 其 他 实 验 法 为 辅 助 手 段 数 学 模 型 法 主 要 为 借 助 实 验 验 证 正 确 性 和 确 定 模 型 参 数 的 半 理 论 半 经 验 的 数 学 模 型 法, 纯 数 学 模 型 法 也 在 不 断 得 到 发 展 0.3 单 元 操 作 表 述 的 系 统 化 和 简 化 单 元 操 作 内 容 系 统 化 和 简 化 表 述 的 揭 示 编 者 经 过 研 究 和 总 结, 在 参 考 文 献 [10] 中 得 到 了 系 统 化 和 简 化 理 解 各 单 元 操 作 的 框 图, 如 图 0-1 下 部 虚 框 内 容 所 示 图 0-1 下 部 虚 框 中 的 框 图 是 对 现 有 各 类 单 元 操 作 类 教 材 所 隐 含 的 关 于 各 单 元 操 作 之 间 关 系 及 相 似 性 的 揭 示 和 简 明 图 示 图 中 的 通 量 是 指 宏 观 上 单 位 时 间 单 位 传 递 面 积 上 动 量 热 量 或 ( 物 ) 质 量, 如 以 平 均 流 速 计 算 的 管 内 流 体 的 动 量 等, 阻 力 强 度 指 单 位 面 积 上 的 传 递 阻 力 图 中 的 通 量 也 可 换 成 速 率, 但 传 递 阻 力 强 度 需 换 成 传 递 阻 力 单 元 操 作 内 容 表 述 的 归 一 主 线 在 揭 示 并 图 示 出 各 单 元 操 作 的 关 系 后, 编 者 对 各 单 元 操 作 的 本 质 属 性 进 行 了 归 一, 得 到 了 图 0-1 上 部 虚 框 中 的 归 一 主 线 [10], 为 采 用 新 的 框 架 和 思 路 编 写 本 教 材 奠 定 了 基 础 图 0-1 中 的 C T 单 位 为 m 2 /s,k T 单 位 为 m/s, 理 解 为 三 传 系 数 三 传 量 (three-transfer quantity) 浓 差 指 单 位 体 积 的 动 量 热 量 ( 物 ) 质 量 之 差 0.4 食 品 加 工 特 性 及 食 品 工 程 原 理 的 特 点 单 元 操 作 学 结 合 食 品 工 业 生 产 的 特 殊 要 求 而 形 成 的 学 科 在 国 内 称 为 食 品 工 程 原 理 食 品 工 程 原 理 有 其 自 身 的 一 些 特 点, 为 讨 论 之, 需 首 先 了 解 食 品 物 料 及 加 工 过 程 的 特 点 食 品 物 料 特 点 及 其 对 加 工 过 程 的 要 求 食 品 物 料 及 加 工 过 程 的 特 点 是 : (1) 物 料 具 有 热 敏 性 和 氧 化 变 质 性, 加 工 中 更 多 要 求 低 温 缺 氧 条 件, 故 更 多 应 用 真 空 输 送 真 空 过 滤 真 空 脱 气 真 空 冷 却 真 空 蒸 发 真 空 结 晶 真 空 干 燥 真 空 蒸 馏 真 空 包 装 冷 冻 浓 缩 冷 冻 干 燥 等 单 元 操 作 ; (2) 物 料 具 有 易 腐 败 性, 浓 缩 食 品 干 制 食 品 冷 冻 食 品 和 速 冻 食 品 成 为 主 要 形 式, 加 工 中 更 多 应 用 冷 冻 浓 缩 半 透 膜 浓 缩 辐 射 干 燥 冷 冻 升 华 干 燥 低 温 冷 冻 速 冻 等 单 元 操 作 ; (3) 物 料 相 态 多 为 固 态 和 液 态, 与 化 工 多 为 气 态 和 液 态 不 同, 提 取 分 离 净 制 以 及 混 合 乳 化 粉 碎 等 单 元 操 作 占 有 相 当 重 要 的 地 位, 同 时 应 用 吸 附 离 子 交 换 浸 出 过 滤 分 离 以 及 膜 分 离 超 临 界 流 体 萃 取 等 单 元 操 作 ; (4) 非 牛 顿 型 流 体 是 液 体 的 主 要 形 式, 与 牛 顿 型 流 体 有 很 大 不 同, 加 工 设 备 要 适 应 这 种 特 点 食 品 工 程 原 理 的 特 点 食 品 工 程 原 理 将 单 元 操 作 学 的 原 理 和 具 有 特 殊 性 要 求 的 食 品 生 产 过 程 相 结 合, 形 成 了 能 够 解 决 食 品 工 业 生 产 过 程 工 程 问 题 的 知 识 体 系 和 研 究 方 法, 成 为 处 理 食 品 工 业 生 产 问 题 的 单

173 元 操 作 学, 涉 及 更 多 的 单 元 操 作, 处 理 更 为 复 杂 的 问 题, 在 真 空 技 术 冷 冻 技 术 结 晶 膜 单 元 操 作 归 一 表 述 选 用 或 设 计 设 备 需 求 设 备 的 三 传 量 通 量 ( 三 传 量 指 动 量 热 量 物 质 量 ) 运 用 规 律 : 三 传 量 通 量 绝 对 值 等 于 三 传 量 浓 度 ( 指 单 位 体 积 三 传 量 ) 梯 度 乘 系 数 C T 宏 观 通 量 等 于 三 传 量 浓 差 除 以 阻 力 强 度 1/K T 选 择 四 种 方 法 之 一 求 K T (1) 从 三 个 基 本 定 律 推 导 (2) 量 纲 分 析 规 划 试 验 测 (3) 数 学 模 型 辅 助 实 验 测 (4) 转 换 目 标 掩 盖 求 通 量 完 成 选 用 设 计 计 算 选 用 动 量 传 递 设 备 需 求 出 设 备 的 动 量 通 量 ( 指 单 位 面 积 单 位 时 间 的 动 量 ) 运 用 规 律 : 动 量 通 量 绝 对 值 等 于 速 度 梯 度 乘 比 例 系 数 动 力 粘 度 或 表 观 动 力 粘 度 动 量 通 量 等 于 速 度 差 除 以 动 量 传 递 阻 力 强 度 选 择 四 方 法 之 一 求 传 递 阻 力 (1) 从 牛 顿 粘 性 定 律 推 导 (2) 量 纲 分 析 规 划 试 验 测 (3) 数 学 模 型 辅 助 实 验 测 (4) 转 换 目 标 掩 盖 求 通 量 完 成 选 用 设 计 计 算 单 元 操 作 学 思 路 的 揭 示 选 用 热 量 传 递 设 备 需 求 出 设 备 的 热 量 通 量 ( 指 单 位 面 积 单 位 时 间 的 热 量 ) 运 用 规 律 : 热 量 通 量 绝 对 值 等 于 温 度 梯 度 乘 比 例 系 数 导 热 系 数 或 单 位 距 离 给 热 系 数 热 量 通 量 等 于 温 度 差 除 以 热 量 传 递 阻 力 强 度 选 择 四 方 法 之 一 求 传 递 阻 力 (1) 从 傅 氏 导 热 定 律 推 导 (2) 量 纲 分 析 规 划 试 验 测 (3) 数 学 模 型 辅 助 实 验 测 (4) 转 换 目 标 掩 盖 求 通 量 完 成 选 用 设 计 计 算 选 用 质 量 传 递 设 备 需 求 出 设 备 的 质 量 通 量 ( 指 单 位 面 积 单 位 时 间 的 物 质 量 ) 运 用 规 律 : 质 量 通 量 绝 对 值 等 于 浓 度 梯 度 乘 比 例 系 数 扩 算 系 数 或 单 位 距 离 传 质 系 数 质 量 通 量 等 于 浓 度 差 除 以 物 质 量 传 递 阻 力 强 度 选 择 四 方 法 之 一 求 传 递 阻 力 (1) 从 菲 克 扩 散 定 律 推 导 (2) 量 纲 分 析 规 划 试 验 测 (3) 数 学 模 型 辅 助 实 验 测 (4) 转 换 目 标 掩 盖 求 通 量 完 成 选 用 设 计 计 算 图 0-1 单 元 操 作 系 统 化 和 简 化 思 路 揭 示 和 归 一 表 述 分 离 分 子 蒸 馏 超 临 界 流 体 技 术 等 方 面 得 到 更 深 的 发 展 食 品 工 业 涉 及 众 多 单 元 操 作, 如 : 流 体 流 动 流 体 输 送 机 械 真 空 技 术 过 滤 沉 降 流 态 化 气 力 输 送 搅 拌 乳 化 均 质 气 流 粉 碎 传 热 蒸 发 冷 冻 结 晶 冷 冻 浓 缩 热 力 杀 菌 萃 取 浸 取 蒸 馏 吸 附 离 子 交 换 膜 分 离 干 燥 吸 收 等 正 是 由 于 需 讨 论 众 多 的 单 元 操 作, 使 得 食 品 工 程 原 理 具 有 单 元 操 作 众 多 且 繁 杂 难 的 特 点 为 了 使 食 品 工 程 原 理 教 材 易 于 使 用 和 理 解, 本 书 编 者 研 究 得 到 了 图 0-1 的 归 一 主 线, 并 按 照 此 主 线 组 织 编 写 了 本 教 材, 以 有 利 于 教 师 施 教 和 学 生 学 习, 应 对 食 品 工 程 原 理 繁 杂 难 的 特 点 按 照 归 一 主 线 理 解 各 种 单 元 操 作 设 备 的 计 算 和 开 发 思 路, 在 学 习 了 以 流 体 流 动 为 代 表 的 动 量 传 递 过 程 计 算 后, 可 从 总 体 上 领 会 食 品 工 程 原 理 的 实 质 内 容 和 方 法, 并 可 以 采 用 类 比 法 学 习 其 他 的 单 元 操 作, 达 到 事 半 功 倍 之 效 果 为 了 弱 化 食 品 工 程 原 理 繁 杂 难 的 特 点, 本 教 材 力 争 归 一 表 述 食 品 工 程 单 元 操 作, 按 如 下 思 路 组 织 食 品 工 程 原 理 的 内 容 : (1) 在 流 体 流 动 和 输 送 机 械 中, 重 点 阐 述 图 0-1 归 一 主 线 的 方 法 和 含 义 及 动 量 传 递 的 原 理 计 算 内 容 和 开 发 方 法 ; (2) 将 真 空 技 术 过 滤 沉 降 流 态 化 气 力 输 送 等 归 并 到 以 动 量 传 递 为 特 征 的 颗 粒 和 流 体 相 的 分 离 中, 将 乳 化 搅 拌 气 流 粉 碎 等 归 并 到 以 动 量 传 递 为 特 征 的 颗 粒 和 流 体 相 的 分 散 中, 并 在 流 体 流 动 动 量 通 量 计 算 原 理 的 基 础 上 类 比 给 出 有 关 计 算 公 式 ; (3) 按 类 比 法 简 化 组 织 传 热 的 基 本 内 容, 再 接 以 传 热 为 特 征 的 单 元 操 作, 包 含 蒸 发 制 冷 冷 冻 浓 缩 蒸 发 和 结 晶 ; (4) 传 质 部 分 强 调 传 质 通 量 计 算 的 级 式 模 型 和 微 分 模 型, 并 分 别 以 蒸 馏 和 吸 收 为 代 表, 其 他 传 质 过 程 归 并 到 以 传 质 为 特 征 的 单 元 操 作 中 学 习, 如 萃 取 浸 提 吸 附 离 子 交 换 等, 并 尽 可 能 采 用 两 种 模 型 处 理 萃 取 浸 提 吸 附 等 的 计 算 ; (5) 以 干 燥 为 例, 论 述 单 元 操 作 中 的 三 传 综 合 应 用 问 题

174 0.5 食 品 工 程 原 理 涉 及 的 概 念 物 理 量 量 纲 单 位 制 度 及 单 位 换 算 物 理 量 量 纲 和 单 位 制 度 物 质 物 体 现 象 或 过 程 可 定 量 出 的 属 性 称 为 物 理 量 物 理 量 既 有 数 值 又 有 单 位, 两 者 缺 一 不 可 物 理 量 的 单 位 是 用 以 量 度 同 类 量 的 标 准 量, 可 用 带 幂 符 号 式 表 示, 故 物 理 量 的 单 位 通 常 指 物 理 量 的 定 量 属 性 符 号 幂 式, 如 m kg s kg m -3 等 物 理 量 的 定 性 属 性 如 长 度 质 量 时 间 密 度 等 称 为 物 理 量 的 量 纲 (dimension) 纲 为 提 网 的 总 绳, 引 申 为 事 物 主 要 的 关 键 的 基 本 的 性 质 一 个 物 理 量 的 主 要 性 质 是 指 该 物 理 量 所 要 描 述 的 物 质 世 界 范 畴, 如 长 度 范 畴 质 量 范 畴 时 间 范 畴 密 度 范 畴 等 量 纲 也 可 用 一 定 的 带 幂 符 号 式 表 示, 如 长 度 性 质 用 L 表 示 质 量 性 质 用 M 表 示 时 间 性 质 用 T 表 示 密 度 性 质 用 ML -3 表 示 等, 故 直 接 将 物 理 量 定 性 符 号 的 幂 式 定 义 为 量 纲, 也 称 因 次 因 指 原 故, 即 从 哪 儿 来 属 于 什 么 定 义 属 性 即 定 性 ( 用 符 号 ), 次 指 次 幂, 故 物 理 量 的 因 次 本 意 还 是 指 物 理 量 定 性 符 号 的 幂 式 一 般 指 定 具 有 单 一 属 性 不 能 互 相 表 达 即 彼 此 独 立 的 物 理 量 作 为 基 本 物 理 量, 如 长 度 质 量 时 间 温 度 等, 其 他 的 物 理 量 则 可 由 基 本 物 理 量 表 达, 为 导 出 物 理 量, 如 密 度 可 由 质 量 除 以 体 积 表 达, 体 积 正 比 于 长 度 的 三 次 方, 故 最 终 密 度 可 由 质 量 和 长 度 表 达 基 本 物 理 量 对 应 基 本 量 纲 或 因 次, 导 出 物 理 量 对 应 导 出 量 纲 或 因 次 单 位 制 是 由 选 定 的 一 组 基 本 单 位 和 由 其 导 出 的 单 位 组 成 的 一 系 列 完 整 的 单 位 体 制 基 本 单 位 可 以 选 择, 由 于 基 本 单 位 不 同, 组 成 的 单 位 制 也 就 不 同, 如 市 制 英 制 米 制 国 际 单 位 制 等 单 元 操 作 学 科 在 形 成 过 程 中, 使 用 过 各 种 单 位 制 在 中 国, 根 据 国 家 法 律 规 定 现 使 用 SI 制 对 学 习 者 而 言, 应 能 熟 练 各 种 单 位 制 度 数 据 的 换 算, 因 为 仍 会 在 各 种 场 合 下 使 用 到 历 史 资 料 和 数 据 单 位 换 算 虽 说 概 念 简 单, 但 如 不 加 以 注 意, 仍 有 可 能 发 生 错 误 1960 年 10 月 第 11 届 国 际 计 量 大 会 通 过 了 国 际 单 位 制 度, 即 SI 制, 选 用 7 个 基 本 物 理 量 及 单 位, 分 别 为 长 度 和 米 (m) 质 量 和 千 克 (kg) 时 间 和 秒 (s), 热 力 学 温 度 和 开 (K) 发 光 强 度 和 坎 德 拉 (cd) 电 流 强 度 和 安 培 (A) 以 及 物 质 的 量 和 摩 尔 (mol), 余 为 导 出 量 和 导 出 单 位 以 及 辅 助 单 位, 并 可 以 使 用 表 示 十 进 制 倍 数 或 分 数 的 词 冠 我 国 于 1984 年 颁 布 国 家 标 准 GB3100~ , 实 行 中 国 国 家 法 定 计 量 单 位 制 (SI 单 位 加 我 国 承 认 的 少 数 几 种 非 SI 制 单 位 如 时 分 日 海 里 等 ) 本 教 材 约 定 : 一 般 情 况 下 均 使 用 基 本 SI 制 单 位 作 为 变 量 的 单 位, 基 本 变 量 和 单 位 对 应 为 长 度 m 质 量 kg 时 间 s 温 度 K 物 质 量 mol, 导 出 变 量 和 单 位 对 应 为 力 N 功 和 热 J 功 率 W 压 强 Pa 等 本 教 材 中 如 对 变 量 单 位 不 作 说 明, 则 理 解 为 均 按 约 定 处 理, 但 在 使 用 到 十 进 制 倍 数 或 分 数 的 词 冠 时 或 其 他 单 位 时 则 对 变 量 单 位 作 出 说 明 使 用 单 位 时 请 注 意 符 号 字 母 用 正 体 小 写 ( 升 也 可 用 大 写, 来 源 于 人 名 时 第 一 个 字 母 大 写 ) 组 合 分 母 加 括 号 或 全 用 幂 式 不 用 分 母 形 式 分 子 为 纯 数 时 只 用 幂 式 ( 如 波 数 用 m -1 ) 等 尽 管 物 理 量 的 定 义 和 使 用 有 严 格 规 定, 但 鉴 于 实 际 存 在 的 一 些 矛 盾 和 兼 顾 单 元 操 作 学 课 程 的 发 展 历 史, 本 教 材 仍 会 使 用 一 些 约 定 俗 成 的 符 号 顺 便 提 及 : 本 课 程 领 域 除 了 涉 及 物 理 量 的 国 际 标 准 外, 还 会 大 量 涉 及 设 备 的 型 号, 由 于 各 种 新 标 准 在 不 断 推 出, 国 内 还 要 与 国 际 接 轨, 所 以 读 者 需 要 自 己 查 阅 有 关 标 准 和 手 册 丰 富 这 方 面 知 识, 并 应 理 解 教 材 不 是 标 准 和 手 册, 无 法 过 多 涉 足 物 理 量 的 单 位 换 算 可 采 取 乘 换 算 因 数 的 方 法 进 行 换 算, 换 算 因 数 可 查 附 录, 如 1ft 换 成 以 m 为 单 位 的 换 1m m 算 因 数 为 1 ft =1 ft (0.305) =0.305m,0.305 即 为 ft 换 为 m 的 换 算 因 数 3.28 ft ft 两 个 相 同 的 物 理 量 之 比 为 纯 数 1, 其 数 字 部 分 即 为 换 算 因 数, 但 应 将 目 标 单 位 ( 要 换 算 到 的 单 位 ) 表 示 的 物 理 量 放 在 分 子 上, 用 此 法 不 容 易 产 生 错 误 例 0-1 工 程 单 位 制 中, 基 本 物 理 量 是 长 度 (m) 时 间 (s) 和 力 (kgf), 质 量 是 导 出 量, 求 其 单 位, 并 求 将 工 程 制 的 质 量 单 位 换 为 SI 制 kg 的 换 算 因 数 2 2 解 :(1) Q F = ma [ m] = [ F/ a] = kg(f)/(m/s )=kg(f)s /m [ ] 表 示 求 单 位 或 量 纲 N (2) 1kg(f ) s /m = 1kg(f ) (s /m) = 9.81kg, 换 算 因 数 为 kg(f)

175 为 快 速 换 算, 应 基 本 熟 知 :(1)1kg=2.2b( 磅 ),(2)1m=3.28( 3.3)ft( 英 尺 ),(3) 1kg(f)=9.81N,(4)1N=10 5 dyn( 达 因 ),(5)1Btu( 英 热 单 位 )=1055J( 用 1kJ 作 记 忆 背 景, Btu 4187J 由 水 的 比 热 容 换 算 : 即 1 = 1b F kg ),(6)1cal=4.187J,(7)1 温 差 =1.8 F 温 差 =1K 温 差 温 度 单 位 有 摄 氏 (Celsius-scale) 华 氏 (Fahrenheit-scale) 兰 氏 (Rankine-scale) 和 热 力 学 温 度 ( 开 氏,Kelvin-scale ) 温 度 单 位 各 制 度 单 位 下 的 温 度 可 依 据 水 的 冰 点 和 沸 点 知 识 进 行 相 互 之 间 的 换 算 常 压 水 的 冰 点 分 别 是 0 o C 32 o F o R K, 常 压 水 的 沸 点 分 别 为 100 o C 212 o F o R K, 冰 点 和 沸 点 间 对 应 摄 氏 华 氏 兰 氏 和 热 力 学 温 度 分 别 为 等 分 针 对 同 一 物 理 量 温 度, 根 据 线 段 比 例 关 系 换 算 各 种 温 度, 应 有 : t C 0 t F 32 t K t R = = = 如 人 体 正 常 温 度 为 37 o C, 可 换 算 为 98.6 o F o R 和 K 经 验 公 式 换 算 有 些 公 式 是 根 据 实 验 得 到 的 实 验 规 律 的 总 结, 但 不 是 物 理 方 程, 这 些 公 式 中 物 理 量 的 单 位 被 指 定, 公 式 中 的 物 理 量 符 号 只 代 表 物 理 量 的 数 值 部 分, 故 也 称 数 字 公 式 有 时, 为 了 批 量 处 理 数 据, 需 要 将 经 验 公 式 转 换 成 新 的 指 定 单 位 的 数 字 公 式 这 类 公 式 换 算 的 原 则 是 : 原 来 给 出 的 公 式 成 立, 故 应 将 新 单 位 的 物 理 量 ( 加 表 示 ) 还 原 到 原 公 式 所 要 求 的 单 位 后, 将 还 原 后 得 到 的 数 字 连 同 带 符 号 部 分 代 入 原 公 式, 再 变 化, 此 为 还 原 法 则 例 0-2 在 冷 凝 器 中 蒸 汽 在 管 外 与 管 内 冷 却 水 经 管 壁 换 热, 管 子 洁 净 时 计 算 总 传 热 系 数 K 的 经 验 式 为 : = ,K 的 单 位 为 Btu/(in 2 s F ), 水 流 速 u 的 单 位 为 ft/s 0.8 K u 试 将 公 式 换 成 K 用 W/(m 2 K) u 用 m/s 为 单 位 的 公 式 2 2 解 : 设 新 单 位 下 的 物 理 量 为 K W/(m K), u m/s, 将 K W/(m K) u m/s 还 原 W J 1Btu 1K 1m 2 7 Btu K = K ( ) = ( K ) m K m Ks 1055J 1.8 F 39.37in in s F m m 3.28ft u = u = (3.28 u )ft/s s s 1m 代 入 原 始 公 式, 并 化 简 : = = K (3.28 u ) K ( u ) 上 例 也 可 按 物 理 方 程 左 右 单 位 一 致 的 原 则, 将 纯 数 值 和 配 上 单 位 后, 然 后 将 该 两 数 值 由 旧 单 位 向 新 单 位 换 算, 变 量 符 号 K 和 u 不 转 换, 转 换 结 果 和 上 述 答 案 一 致 2 上 例 还 可 以 采 用 如 下 方 法 : 设 新 单 位 下 的 物 理 量 为 K W/(m K), u m/s, 将 此 两 个 变 量 乘 Btu Btu Btu 以 纯 数 1, 再 将 纯 数 1 分 别 写 成 ( )/( ) 和 (ft/s)/(ft/s), 将 分 母 上 的 ( 2 2 in s F in s F in 2 ) 和 s F ( ft/s ) 分 别 换 算 成 新 单 位 后 恰 好 和 带 的 新 物 理 量 单 位 约 去, 只 留 下 数 字 部 分, 分 子 上 的 Btu ( in 2 ) 和 ( ft/s ) 是 原 公 式 要 求 的 单 位, 符 合 还 原 法 则 s F 需 特 别 指 出, 上 例 不 可 以 仅 将 原 公 式 中 的 变 量 符 号 K 和 u 的 单 位 向 新 单 位 转 化, 因 为 转 化 后 的 变 量 符 号 K 和 u 还 是 原 单 位 下 的 变 量 符 号, 所 得 与 K 和 u 相 乘 的 数 字 有 自 己 的 单 位, 公 式 并 未 转 化 成 使 用 新 单 位 的 公 式 因 单 位 换 算 错 误 导 致 计 算 错 误 的 情 况 时 有 发 生, 需 谨 慎 对 待 物 料 衡 算 物 料 衡 算 是 本 课 程 中 常 用 的 手 段, 必 须 掌 握 根 据 物 质 守 恒 定 律, 对 衡 算 范 围 ( 也 称 控 制 体 ) 内 进 出 的 物 料 量 进 行 衡 算, 即 输 入 物 质 量 等 于 输 出 物 质 量 加 积 累 物 质 量, 可 写 出 衡 算 方 程 ( 时 间 基 准 为 1s 1h 等 ): Σ GI =Σ GO +Σ GA (0-1) 对 稳 态 过 程 ( 过 程 参 数 不 随 时 间 变 化 的 过 程 ) 物 质 积 累 量 为 零, 则 有 :

176 Σ G =Σ G (0-2) I O 对 不 稳 态 过 程 ( 过 程 参 数 随 时 间 变 化 的 过 程 ), 一 般 列 出 微 元 时 间 dτ 内 的 微 分 物 料 衡 算 式, 再 积 分 求 解 能 量 衡 算 能 量 衡 算 也 是 本 课 程 中 常 用 的 手 段, 同 样 必 须 掌 握 根 据 能 量 守 恒 定 律, 对 衡 算 范 围 内 进 出 的 能 量 进 行 衡 算, 即 输 入 能 量 等 于 输 出 能 量 加 积 累 能 量, 可 写 出 衡 算 方 程 ( 时 间 基 准 为 1s 1h 等 ): Σ QI =Σ QO +Σ QA (0-3) 对 稳 态 过 程 能 量 积 累 量 为 零, 则 有 : Σ QI =Σ QO (0-4) 对 不 稳 态 过 程, 一 般 列 出 微 元 时 间 dτ 内 的 能 量 衡 算 式, 再 积 分 求 解 三 传 量 通 量 图 0-1 中 将 单 元 操 作 的 核 心 计 算 归 一 为 三 传 量 通 量 的 计 算, 其 表 达 式 为 : 三 传 量 浓 度 差 表 示 的 推 动 力 三 传 量 通 量 = = KT 三 传 量 浓 度 差 (0-5) 1 / KT代 表 的 传 递 阻 力 强 度 或 采 用 三 传 量 速 率 的 表 达 式 : 三 传 量 浓 度 差 表 示 的 推 动 力 三 传 量 速 率 = = KA T 三 传 量 浓 度 差 (0-5a) 1 / ( KA T ) 代 表 的 传 递 阻 力 两 公 式 的 差 异 在 于 传 递 面 积 A, 计 算 速 率 的 传 递 阻 力 与 面 积 成 反 比, 因 总 阻 力 为 1/(K T A), 故 以 单 位 面 积 计 的 阻 力 强 度 则 为 1/(K T ) 本 教 材 一 般 采 用 三 传 量 通 量 表 达 式 公 式 0-5 或 0-5a 是 理 解 本 课 程 的 钥 匙, 其 地 位 非 常 重 要, 建 议 熟 练 加 以 掌 握 和 运 用 平 衡 关 系 平 衡 关 系 涉 及 过 程 的 方 向 推 动 力 大 小 及 极 限, 是 三 传 的 基 本 问 题, 如 气 液 平 衡 萃 取 平 衡 液 固 平 衡 干 燥 平 衡 传 热 平 衡 等 平 衡 问 题 也 属 于 单 元 操 作 课 程 全 局 性 的 问 题 研 究 方 法 论 依 据 图 0-1, 本 课 程 的 方 法 论 涉 及 纯 数 学 模 型 法 需 用 实 验 验 证 正 确 性 和 确 定 模 型 参 数 的 半 理 论 半 经 验 的 数 学 模 型 法 量 纲 分 析 规 划 的 实 验 法 和 未 经 量 纲 分 析 规 划 的 单 一 实 验 法, 其 中 半 理 论 半 经 验 的 数 学 模 型 法 和 量 纲 分 析 规 划 的 实 验 法 是 单 元 操 作 课 程 方 法 论 的 核 心, 必 须 加 以 掌 握, 其 他 两 种 方 法 也 应 给 予 足 够 重 视 0.6 本 课 程 的 性 质 和 学 习 方 法 本 课 程 的 性 质 食 品 科 学 与 工 程 本 科 教 学 计 划 认 定 本 课 程 为 技 术 基 础 课, 给 与 其 重 要 地 位, 要 求 本 课 程 培 养 学 生 食 品 生 产 过 程 选 择 设 备 设 计 选 型 和 操 作 等 的 能 力 本 课 程 涉 及 物 理 学 机 械 工 程 学 高 等 数 学 物 理 化 学 计 算 技 术 等 学 科, 理 论 性 强, 与 生 产 紧 密 相 连, 需 要 解 决 工 程 实 际 问 题, 给 学 生 以 较 好 的 学 习 能 力 分 析 和 解 决 问 题 能 力 及 创 新 能 力 等 的 综 合 训 练 本 课 程 的 学 习 方 法 依 照 培 养 创 新 型 应 用 型 人 才 的 要 求, 提 出 以 下 几 点 学 习 建 议 : (1) 理 论 学 习 重 视 定 义 内 容 的 系 统 性 和 全 局 性 的 把 握 食 品 工 程 原 理 定 义 多, 重 视 定 义 的 内 涵 和 准 确 表 达 对 理 解 和 掌 握 课 程 非 常 重 要 学 习 新 定 义 推 出 的 思 维 方 法 能 有 效 训 练 学 习 者 的 创 造 意 识 和 能 力 食 品 工 程 已 有 单 元 操 作 多, 新 单 元 操 作 也 会 不 断 推 出, 系 统 全 局 把 握 食 品 工 程 单 元 操 作 的 内 涵 可 保 证 学 习 者 思 路 清 晰, 建 议 读 者 应 足 够 重 视 图 0-1 归 一 主 线 (2) 实 践 环 节 重 视 独 立 思 考 和 动 手 本 课 程 为 解 决 工 程 实 际 问 题, 一 般 配 有 丰 富 的 练 习 典 型 的 实 验 和 以 综 合 训 练 为 目 标 的 课 程 设 计 等 实 践 环 节 读 者 应 该 重 视 各 实 践 环 节 的 学 习, 注 意 独 立 完 成, 在 实 践 环 节 中 还 要 注 意 融 合 运 用 现 代 计 算 机 技 术 食 品 工 程 单 元 操 作 的 计 算 有 些 需 要 试 差 查 表 等, 可 综 合 运 用 Excel C 语 言 各 种 统 计 分 析 软 件 等

177 实 践 环 节 可 以 培 养 学 生 创 造 力 开 发 的 智 力 因 素 和 非 智 力 因 素 的 多 个 方 面, 如 形 象 思 维 抽 象 思 维 观 察 力 记 忆 力 想 象 力 思 维 力 操 作 能 力 自 学 能 力 毅 力 紧 迫 感 好 奇 心 追 求 兴 趣 自 信 心 求 实 态 度 崇 高 的 理 想 开 阔 视 野 不 满 足, 等 等, 是 学 生 获 得 创 造 力 培 养 的 有 效 途 径 (3) 重 视 创 造 能 力 的 培 养 和 训 练 国 内 高 等 教 育 围 绕 面 向 现 代 化 面 向 世 界 面 向 未 来 的 目 标 进 行 改 革, 基 本 实 现 从 精 英 教 育 到 大 众 教 育 的 转 型, 然 而 从 强 调 系 统 深 入 专 业 教 育 为 特 征 的 专 家 教 育 到 以 创 造 教 育 为 主 要 特 征 的 大 学 素 质 教 育 的 转 型 却 受 多 方 面 因 素 的 牵 制 中 国 大 学 生 丰 富 的 智 力 资 源 亟 待 开 发, 受 教 育 者 成 为 具 有 创 造 力 的 人 才 是 我 们 国 家 的 未 来 和 希 望, 在 本 课 程 学 习 中 提 出 培 养 创 造 能 力 的 问 题 非 常 必 要 食 品 工 程 原 理 的 发 展 本 身 就 是 创 造 的 结 果, 各 单 元 操 作 内 容 和 研 究 方 法 的 创 造 过 程 将 对 读 者 有 良 好 的 引 领 创 造 的 作 用 将 创 造 学 学 科 关 于 创 造 性 思 维 创 造 技 法 等 的 知 识 应 用 到 食 品 工 程 原 理 的 学 习 中, 可 以 实 现 食 品 工 程 原 理 和 创 造 学 的 有 机 结 合, 达 到 专 业 创 新 的 效 果, 因 此, 建 议 读 者 掌 握 创 造 学 的 基 础 知 识, 在 本 课 程 的 学 习 中 主 动 结 合 创 造 学 的 原 理 和 技 法, 获 得 创 新 的 成 果 创 造 学 家 们 总 结 出 了 300 多 种 创 造 技 法, 运 用 这 些 技 法, 我 们 在 本 课 程 学 习 中 可 以 获 得 实 际 的 创 造 锻 炼, 甚 至 可 以 直 接 得 到 创 造 成 果, 本 教 材 在 编 写 创 新 方 面 进 行 的 尝 试 可 算 是 身 体 力 行 使 用 本 教 材 时, 如 果 专 业 的 教 学 计 划 分 配 给 本 课 程 的 学 时 数 较 少, 如 60 学 时 及 以 下, 目 录 中 有 * 的 章 节 以 及 有 * 的 综 合 例 题 ( 例 和 9-6) 可 用 于 自 学 提 高 材 料 ; 如 果 学 时 为 80 学 时 及 以 上, 并 配 有 食 品 工 程 原 理 课 程 设 计 环 节, 则 可 使 用 本 教 材 的 全 部 内 容

178 1.3.4 等 径 圆 直 管 中 阻 力 计 算 和 动 量 通 量 表 达 前 已 述 及, 直 管 的 壁 面 作 用 于 流 体, 形 成 边 界 层, 且 边 界 层 是 阻 力 存 在 的 主 要 区 域 管 中 的 边 界 层 在 轴 心 处 汇 合, 之 后 形 成 整 个 管 内 的 阻 力, 为 了 维 持 流 体 的 流 动, 必 须 提 供 推 动 力 克 服 此 阻 力 圆 直 管 中 范 宁 公 式 和 动 量 通 量 表 达 式 利 用 伯 努 利 进 行 计 算 时, 需 要 首 先 计 算 Σ h, 由 伯 努 利 方 程 知 : 2 2 u1 p1 u2 p2 gz we = gz Σ hf ρ 2 ρ 在 一 段 直 管 内, 设 w e = 0, 则 2 Δu Δp Σ hf = ( gδ z+ + ), 可 用 Δ p 1 2 f = ρσ hf 2 ρ 1 2 表 示 1m 3 流 体 由 于 流 动 阻 力 消 耗 的 能 量, 也 称 为 阻 力 损 失, 即 阻 力 引 起 的 能 量 损 失 (energy loss 或 frictional loss), 单 位 为 J/m 3 ( 即 N/m 2,Pa), 此 值 图 1-15 等 径 直 圆 管 中 的 阻 力 损 失 与 所 选 截 面 1 和 2 间 管 轴 心 处 的 压 差 p1 p2( 压 强 变 化 ) 不 是 同 一 个 物 理 概 念 仅 在 无 外 功 输 入 w e =0 水 平 管 Δz=0 等 管 径 u 1 =u 2 时, Δ p = p p f 1 2 等 径 直 管 阻 力 损 失, 可 由 受 力 平 衡 推 导 出 如 图 1-15 所 示, 图 中 位 能 基 准 面 未 标 出, z 1 z 2 为 相 对 于 位 能 基 准 面 的 高 度, 令 R 为 管 半 径,d 为 管 直 径,τ w 为 壁 面 处 剪 应 力, 有 : 2 2 z2 z1 ( p1 p2) πr = F + ρπr Lg L 2 2 ( p1 p2) πr = τ w (2 πrl) + πr ρg( z2 z1) + + p p = 2 τ L/ R = 4 τ L/ d 1 2 w w 或 按 式 1-16 理 解, 由 于 等 径 圆 管 稳 态 流 动, 物 料 衡 算 得 到 u 1 =u 2, 故 在 管 轴 方 向 上 可 运 用 式 1-16, 结 果 仍 为 力 平 衡 式 + + 又 由 伯 努 利 方 程 : p 1 p 2 = ρσ h f Δp 4τ wl 8τ w L u L u Σ hf = = = = λ (1-24) 2 ρ ρd ρu d 2 d 2 8τ w λ = (1-25) 2 ρu + 4τ wl L u ρu Δ p = ρu = λ ( )( ρu) = KT ( ρu) = (1-26) ρud d 2 1/ KT 上 面 公 式 中 的 λ 称 为 摩 擦 系 数, 令 λ = 4 f, 则 f 为 范 宁 因 子 式 1-24 即 为 范 宁 (Fanning) 公 式, 因 推 导 时 没 有 涉 及 流 型, 故 层 流 和 湍 流 均 可 用 ρ h f 或 Δp f 是 流 动 过 程 中 的 内 部 阻 力 损 失, 且 以 压 强 单 位 表 示, 即 表 示 单 位 体 积 流 体 的 机 械 能 损 失, 而 施 加 压 强 Δp + 为 合 外 力 (p 1 A p 2 A 重 力 分 量 ) 所 产 生 的 和 压 强 差, 是 使 此 控 制 体 内 的 流 体 从 不 流 动 (u=0) 到 以 流 速 u 流 动 的 主 导 因 素, 即 Δ p + 使 流 体 获 得 动 量, 故 可 用 式 1-26 计 算 流 体 从 不 流 动 到 以 速 度 u 流 动 的 通 量 如 若 用 全 部 的 合 力 计 算, 控 制 体 两 截 面 上 的 动 量 浓 度 差 为 零, 全 部 合 力 为 零, 即 为 动 量 守 恒 式 的 结 果 所 以, 可 用 控 制 体 中 流 体 的 外 部 合 力 ( 不 含 内 摩 擦 力 ) 所 形 成 的 Δ p + 进 行 以 u 流 动 的 流 体 的 动 量 通 量 计 算 一 段 等 径 圆 直 管 稳 流 时 任 一 垂 直 于 流 向 的 截 面 上 的 K T 可 写 成 : f

179 K T + 4τ wl L u hf Δp = = λ ( ) = = (1-26a) ρud d 2 u ρu 由 于 λ 与 流 型 有 关, 不 同 流 型 中 的 λ 特 点 和 大 小 不 同, 动 量 传 递 系 数 K T 将 有 不 同 的 求 法, 可 由 理 论 推 导 求 半 理 论 半 经 验 模 型 法 求 由 量 纲 规 划 的 实 验 求 或 直 接 由 掩 盖 求 通 量 实 质 的 具 体 实 验 求, 因 此 可 以 按 照 图 0-1 归 一 主 线 表 达 流 体 流 动 问 题 圆 直 管 中 求 流 动 阻 力 ρ h f (= Δ p + ) 就 是 求 动 量 通 量, 所 以 归 类 于 动 量 传 递 大 量 的 求 取 过 程 阻 力 流 速 压 差 等 问 题 的 实 质 是 求 过 程 的 动 量 通 量, 均 属 于 动 量 传 递 纯 数 学 模 型 法 求 解 牛 顿 型 流 体 在 圆 直 管 中 层 流 流 动 阻 力 损 失 和 动 量 通 量 当 流 体 为 牛 顿 型 流 体 且 在 管 中 作 层 流 流 动 时, 可 以 根 据 物 理 规 律, 从 理 论 上 求 出 阻 力 损 失 的 表 达 公 式, 或 得 到 动 量 传 递 三 传 系 数 K T 值 由 式 1-26 求 三 传 系 数 K T, 需 要 求 层 流 时 管 壁 处 τ w, 因 此 必 须 求 得 管 内 的 速 度 分 布, 以 求 出 (d u/ d r ) r = R, 并 由 τ w = μ (d u/ d r) r= R求 出 K T, 从 而 用 于 求 直 管 层 流 时 图 1-16 直 圆 管 层 流 速 度 分 布 推 导 的 阻 力 损 失, 故 本 节 将 首 先 推 导 得 到 牛 顿 型 流 体 在 直 管 中 流 动 时 层 流 的 速 度 分 布 式 取 轴 心 处 的 微 型 圆 柱 体 范 围 内 的 流 体 进 行 受 力 分 析, 如 图 1-16 所 示 根 据 得 到 范 宁 公 du 式 的 推 导 方 法, 得 到 ( p1 p2) πr = τ (2 πrl), 将 τ = μ r 代 入 其 中, 有 : dr d ( 0 1 2) R + + ur p p r Δp 2 ( p1 p2) r = μ (2 L), dur = dr, dur = d( r ) dr 2μL ur 4μL r + 2 Δp 2 2 r ur = ( R r ) = umax 1 2 (1-27) 4μL R + Δp 2 umax = R (1-28) 4μL 根 据 式 1-27 所 绘 管 内 速 度 分 布 侧 形 为 抛 物 线, 如 图 1-17 所 示, 并 由 此 式 按 照 管 截 面 积 求 管 内 平 均 速 度, 可 得 : 1 R u = u(2 π r)dr 2 π R 0 2 (1-29) u R max r 2 umax = 1 d( r ) 2 = 0 2 R R 2 图 1-17 层 流 时 的 速 度 侧 形 即 层 流 时 等 径 直 管 中 牛 顿 型 流 体 的 平 均 速 度 为 管 中 心 处 最 大 速 度 的 一 半 在 不 会 引 起 歧 义 时, 平 均 速 度 一 般 直 接 用 u 表 示, 不 再 在 其 上 方 加 短 杠 用 式 1-27 还 可 以 求 出 层 流 时 用 平 均 速 度 计 算 的 动 能 是 管 截 面 上 动 能 平 均 值 的 0.5 倍 在 层 流 时 使 用 伯 努 利 方 程 直 接 用 平 均 速 度 近 似 计 算 动 能, 因 为 一 般 动 能 项 较 小, 就 不 加 以 校 正 由 式 1-27 求 管 壁 处 的 速 度 梯 度, 得 到 : d u umax 2umax 4 8 = (2 R) = = u = u 2 dr r = R R R R d 8τ 8( μ) ( 4 u/ R w ) 32μ λ = = = = = 2 2 ρu ρu ρur duρ/ μ Re

180 64 λ = Re (1-30) + 2 Δp L u 32μLu hf = = λ = 2 ρ d 2 ρd (1-31) + 32μLu Δ p = 2 d (1-32) 32μL 32ν L KT = = 2 2 ρd d (1-33) + ρu ρu ρhf =Δ pf =Δ p = KT( ρu) = = 2 1/ K d /(32 ν L) (1-34) T 式 1-32 也 称 为 哈 根 - 泊 谡 叶 方 程 (Hagen-Poisseuille) 由 式 1-28 和 式 1-29 的 关 系, 可 以 直 接 得 到 式 1-30 式 1-32, 即 + Δp μLu 64 umax = R = 2 u, Δ p =, λ = 2 4μL d Re 实 验 也 验 证, 牛 顿 型 流 体 在 圆 管 中 层 流 流 动 时,λ=64/Re, h f 层 流 时 阻 力 损 失 的 一 次 方 规 律 u, 而 非 h f u 2, 称 为 用 纯 理 论 推 导 的 方 法, 求 出 了 层 流 时 圆 直 管 中 的 动 量 传 递 系 数 K T, 如 式 1-33 所 示, 可 计 算 动 量 通 量 传 递 阻 力 强 度 1/K T, 用 于 求 此 过 程 的 动 量 通 量 圆 直 管 层 流 的 动 量 通 量 表 达 式 完 全 符 合 图 0-1 三 传 通 量 归 一 主 线 的 思 想 动 量 传 递 的 总 阻 力 为 1/(K T A), 可 见 动 量 传 递 总 阻 力 与 传 递 面 积 成 反 比, 面 积 越 大, 动 量 传 递 总 阻 力 反 而 越 小, 因 整 个 传 递 面 积 A 上 的 总 阻 力 为 1/(K T A), 故 单 位 面 积 (1m 2 ) 上 的 动 量 传 递 阻 力 当 然 为 1/K T, 或 按 照 总 动 量 传 递 阻 力 扩 大 A 倍 理 解, 即 A[1/(K T A)]=1/K T 借 用 压 强 定 义 形 式 定 义 单 位 面 积 上 的 动 量 传 递 阻 力 为 阻 力 强 度, 此 为 关 于 图 0-1 三 传 阻 力 强 度 定 义 的 解 释 如 采 用 动 量 传 递 速 率 概 念, 层 流 时 动 量 传 递 速 率 方 程 为 + ρu ρu Δ p A= KT A( ρu) = = (1-34a) 1/( K A) 1/(8 πν L) T 请 注 意 动 量 通 量 表 达 式 中 的 传 递 阻 力 与 流 体 流 动 的 实 际 阻 力 是 两 个 不 同 的 概 念 量 纲 分 析 规 划 实 验 法 求 湍 流 时 圆 直 管 阻 力 损 失 和 动 量 通 量 湍 流 流 动 时, 可 以 用 式 1-21 表 达 流 体 所 受 剪 应 力, 但 由 于 湍 流 粘 度 与 位 置 时 间 有 关, 难 以 求 出, 所 以 该 式 实 用 程 度 不 大, 无 法 像 层 流 时 那 样 求 出 速 度 分 布, 转 而 采 用 实 验 测 定 圆 管 湍 流 的 速 度 分 布 式, 归 纳 出 为 : ( ) 1/ n ur = umax 1 r/ R (1-35) 当 4 10 < Re< , n = 6; < Re < , n = 7 ; Re > , n = 10 将 1 1 式 1-35 代 入 类 似 式 1-29 平 均 速 度 的 表 达 式, 得 到 u = 2 umax ( ), 并 由 此 计 算 1+ 1/ n 2+ 1/ n 出 : 当 n=6 时, u = 0.791umax ; n = 7 时, u = 0.82umax ; n=10 时, u = 0.866umax 湍 流 时 的 速 度 侧 形 如 图 1-18 所 示, 比 层 流 钝, 说 明 截 面 上 的 速 度 更 加 均 匀 化, 湍 动 强 化 了 动 量 传 递 式 1-35 在 n=7, u = 0.82u 时 用 于 计 算 得 到 的 动 能 平 均 值 近 似 等 于 用 平 均 速 度 计 算 的 动 能, 故 伯 努 利 方 程 中 的 动 能 校 正 因 子 在 湍 流 时 约 等 于 1, 无 需 max 图 1-18 直 圆 管 中 湍 流 时 的 速 度 侧 形

181 校 正, 而 湍 流 在 工 业 中 较 常 见, 所 以 伯 努 利 方 程 使 用 平 均 速 度 计 算 平 均 动 能 尽 管 经 实 验 后 总 结 出 u 的 分 布 式, 但 湍 流 时 λ 仍 然 难 于 理 论 求 解, 因 此 化 学 工 程 学 家 通 过 实 验 的 方 法 给 出 湍 流 时 λ 的 计 算 图 或 总 结 出 经 验 公 式, 其 中 λ 的 关 联 图 称 为 摩 擦 阻 力 系 数 图 或 莫 狄 (Moody) 图, 如 图 1-19 所 示 实 验 测 出 湍 流 的 λ 后, 由 动 量 通 量 公 式 1-26 知, K T =λlu/(2d), 此 为 湍 流 时 的 三 传 系 数, 用 于 计 算 湍 流 时 的 动 量 通 量, 此 方 法 符 合 图 0-1 归 一 主 线, 属 于 用 量 纲 分 析 规 划 实 验 并 测 定 λ 最 终 求 三 传 系 数 K T 的 思 路, 尽 管 与 层 流 时 通 过 理 论 推 导 求 取 三 传 系 数 的 方 法 不 同, 但 仍 统 一 于 图 0-1 归 一 主 线 湍 流 时 λ 与 Re 和 ε / d 有 关, ε / d 是 管 子 的 相 对 粗 糙 度, ε 为 管 子 的 绝 对 粗 糙 度, 以 管 壁 凸 出 物 高 度 的 平 均 值 表 达 实 际 工 业 管 道 的 绝 对 粗 糙 度 难 以 精 确 测 定, 可 用 测 定 流 动 阻 力 的 方 法 用 摩 擦 阻 力 系 数 图 反 推 计 算 得 到 实 验 测 定 并 绘 制 摩 擦 阻 力 系 数 图 时, 可 以 用 人 工 粗 糙 管 代 替, 将 大 小 相 同 的 沙 粒 均 匀 粘 着 在 普 通 管 上 即 可 获 得, 故 而 粗 糙 度 可 以 精 确 测 定 常 用 管 道 的 当 量 绝 对 粗 糙 度 见 表 1-1 图 1-19 横 坐 标 和 纵 坐 标 都 是 对 数 坐 标, 称 为 双 对 数 坐 标 图, 图 上 横 坐 标 方 向 两 点 的 距 离 是 两 个 横 坐 标 读 数 值 的 对 数 值 之 差, 而 横 坐 标 值 数 字 直 接 标 绘 在 图 上, 不 用 再 求 对 数, 纵 坐 标 方 向 也 同 此, 所 以 用 插 值 法 求 两 已 知 点 间 某 x 或 y 值 时, 应 使 用 量 取 的 距 离 和 各 相 关 点 横 坐 标 或 纵 坐 标 数 字 的 对 数 值 按 比 例 求 解 d 表 1-1 某 些 工 业 管 道 的 当 量 绝 对 粗 糙 度 管 道 类 别 绝 对 粗 糙 度 ε/mm 管 道 类 别 绝 对 粗 糙 度 ε/mm 无 缝 黄 铜 管 铜 管 及 铝 管 0.01~0.05 干 净 玻 璃 管 ~0.01 新 的 无 缝 钢 管 或 镀 锌 铁 管 0.1~0.2 橡 皮 软 管 0.01~0.03 新 的 铸 铁 管 0.3 木 管 道 0.25~1.25 只 有 轻 度 腐 蚀 的 无 缝 钢 管 0.2~0.3 陶 土 排 水 管 0.45~6.0 只 有 显 著 腐 蚀 的 无 缝 钢 管 0.5 以 上 很 好 整 平 的 水 泥 管 0.33 旧 的 铸 铁 管 0.85 以 上 石 棉 水 泥 管 0.03~0.8

182 根 据 Re 不 同, 图 1-18 可 分 为 四 个 区 域 : (1) 层 流 区 (Re 2000),λ 与 ε d 无 关, 与 Re 为 直 线 关 系, 即 λ=64/re, 此 时 阻 力 损 失 与 流 速 的 一 次 方 成 正 比 ; (2) 过 渡 区 (2000<Re<4000), 在 此 区 域 内 层 流 或 湍 流 的 λ~re 曲 线 均 可 应 用, 对 于 阻 力 计 算, 向 大 处 估 计, 一 般 将 湍 流 时 的 曲 线 延 伸, 以 查 取 λ 值 ; (3) 湍 流 区 (Re 4000 以 及 虚 线 以 下 的 区 域 ), 此 时 λ 与 Re ε d 都 有 关, 当 ε d 一 定 时, λ 随 Re 的 增 大 而 减 小,Re 增 大 至 某 一 数 值 后,λ 下 降 缓 慢, 而 当 Re 一 定 时,λ 随 ε d 的 增 加 而 增 大 ; (4) 完 全 湍 流 区 ( 虚 线 以 上 的 区 域 ), 此 区 域 内 各 曲 线 都 趋 近 于 水 平 线, 即 λ 与 Re 无 关, 只 与 ε d 有 关, 对 于 特 定 管 路 ε d 一 定,λ 为 常 数, 根 据 直 管 阻 力 通 式 可 知, 阻 力 损 失 与 流 速 的 平 方 成 正 比, 所 以 此 区 域 又 称 为 阻 力 平 方 区, 且 从 图 中 也 可 见, 相 对 粗 糙 度 ε d 愈 大, 达 到 阻 力 平 方 区 的 Re 值 愈 低 另 有 计 算 摩 擦 阻 力 系 数 的 各 种 经 验 公 式 可 供 选, 使 用 经 验 公 式 时 应 注 意 适 用 范 围 柏 劳 3 5 修 斯 (Blausius) 给 出 了 Re = 3 10 ~ 10 范 围 内 光 滑 管 的 摩 擦 阻 力 系 数 计 算 公 式, 称 为 柏 劳 修 斯 公 式 : λ = (1-36) 0.25 Re 3 6 在 更 宽 的 Re 范 围 Re= 3 10 ~3 10 内, 有 顾 毓 珍 公 式 : λ = (1-37) 0.32 Re 由 柯 尔 布 努 克 (Colebrook) 的 过 渡 区 和 湍 流 区 及 尼 古 拉 则 (Nikuradse) 和 卡 门 (Karman) 的 阻 力 平 方 区 的 摩 擦 阻 力 系 数 计 算 式, 可 合 并 得 到 如 下 的 摩 擦 阻 力 系 数 一 般 回 归 式 : 1 ε 9.35 = lg + λ d Re λ 式 (1-38) 可 以 给 出 2 (1-38) Re = 3 10 ~ 10 光 滑 管 (ε/d=0) 及 粗 糙 管 Re = 3 10 ~ 10 及 ε/d= ~0.05 范 围 内 的 摩 擦 阻 力 系 数 计 算, 是 一 通 用 算 式, 可 称 为 CNK 公 式, 一 般 求 解 时 需 试 差, 可 用 Excel 表 计 算, 摩 擦 阻 力 系 数 初 值 按 完 全 平 方 区 计 算, 即 去 掉 9.35/(Re λ ) 项 计 算, 然 后 反 复 试 差 计 算 得 到 结 果 1983 年 Haaland 提 出 了 相 应 于 摩 擦 阻 力 系 数 图 的 一 个 估 计 摩 擦 阻 力 系 数 λ 的 直 接 方 程 : ε / d lg + ( ) (1-38a) λ Re 3.7 此 式 无 需 试 差 例 1-5 已 知 20 o C 的 水 在 内 径 为 25mm 的 50m 长 管 中 以 0.05m/s 的 流 速 流 动, 求 阻 力 损 失 假 如 流 速 变 成 1.75m/s, 管 的 绝 对 粗 糙 度 为 0.2mm, 试 用 查 图 法 和 Excel 表 求 解 阻 力 损 失 解 : 查 20 o C 的 水 的 物 性 参 数, 得 到 密 度 ρ=998.2kg/m 3, 粘 度 μ=0.001pa s duρ (1) Re = = = μ 应 用 层 流 时 的 阻 力 损 失 计 算 公 式 + 2 Δ p L u 32μLu hf = = λ = = = 0.13 J/kg 2 2 ρ d 2 ρd

183 duρ (2) Re = = = ,ε/d=0.2/25=0.008 μ 查 图 1-19, 得 到 λ=0.037, 由 范 宁 公 式 得 到 Δp L u hf = = λ = = J/kg ρ d 由 公 式 1-38, 调 用 Excel 表 计 算, 见 表 1-2, 得 λ=0.0367, 由 范 宁 公 式 得 到 h f =112.4J/kg 在 表 格 的 A 列 中 从 上 至 下 依 次 输 入 符 号 d u ρ μ Re ε ε/d λ 0 λ, 以 便 辨 认, Re ε/d λ 0 λ 可 不 输 入 表 达 式, 只 输 名 称 符 号 在 B 列 输 入 或 计 算 A 列 的 对 应 值, 得 到 ε/d Re=d uρ/μ λ 0 λ, 计 算 注 意 时 需 要 按 A 列 的 表 达 式 从 等 号 开 始 输 入, 公 式 中 相 应 的 变 量 要 用 变 量 值 所 在 的 单 元 格 代 替, 如 计 算 Re 时 用 到 u, 则 应 选 中 或 输 入 B2, 而 不 能 用 u 或 具 体 数 值 1.75 第 1 次 计 算 完 后,λ 0 与 λ 不 等, 作 第 2 次 计 算, 将 C8 等 于 B9, 为 第 二 次 计 算 的 λ 0 设 初 值, 再 将 B1 至 B7 选 中 复 制, 粘 贴 到 C1 至 C7 中, 将 B9 的 公 式 在 单 元 格 右 下 + 号 状 态 下 拖 至 ( 复 制 格 式 )C9, 完 成 第 2 次 运 算, 重 复 此 法, 直 至 λ 相 等 ( 指 达 到 规 定 的 精 度 ) 本 题 若 用 式 1-38a 计 算 则 无 需 试 差 采 用 上 法 是 为 了 强 调 Excel 的 应 用 表 1-2 用 Excel 表 求 解 CNK 公 式 的 λ A B C D 1 d u ρ μ Re=d uρ/μ ε ε/d λ0=1/power(1.14-2*log10 (B7),2) λ=1/ POWER( *LOG10 (B7+9.35/ B5/SQRT(B8)),2) 摩 擦 阻 力 系 数 图 由 实 验 测 定 的 数 据 绘 制, 而 测 定 实 验 的 规 划 方 法 是 单 元 操 作 学 重 要 的 方 法 论, 广 泛 应 用 于 三 传 理 论 的 研 究 湍 流 摩 擦 阻 力 系 数 λ 的 实 验 求 取 首 先 需 采 用 量 纲 分 析 规 划 实 验, 然 后 再 进 行 实 验 测 定, 得 到 结 果, 下 面 将 对 此 法 作 详 细 说 明 首 先 对 湍 流 流 动 阻 力 损 失 作 初 步 实 验, 尽 可 能 分 析 列 出 主 要 影 响 因 素 为 h = f( d, L, ε, ρ, μ, u) (1-39) f 式 1-39 中 设 备 条 件 为 管 径 d 管 长 L 绝 对 粗 糙 度 ε ; 流 动 条 件 为 流 速 u; 流 体 性 质 条 件 为 密 度 ρ 粘 度 μ 一 般 来 说, 通 过 实 验 确 定 函 数 f 的 方 法 为 : 如 求 hf ~ d, 则 固 定 其 它 参 数 不 变, 改 变 d, 得 到 各 个 h f, 于 是 得 到 hf ~ d 的 关 系, 以 此 类 推, 可 依 次 得 到 hf ~ L hf ~ ε h ~ ρ h ~ μ 和 h ~ u 的 关 系 按 照 此 法 实 验, 将 需 做 很 多 次 实 验, 但 最 大 的 缺 点 还 在 于 f f f 为 使 ρ μ d 不 同 需 换 不 同 流 体 和 管 子, 也 即 需 要 遍 及 所 有 流 体 和 管 子 这 种 实 验 方 法 不 能 由 小 及 大, 由 此 及 彼, 即 小 实 验 上 做 的 数 据 不 能 用 在 大 设 备 上, 常 用 流 体 水 空 气 的 实 验 数 据 不 能 用 于 特 殊 流 体 如 乙 醇 等 本 课 程 是 用 量 纲 分 析 规 划 实 验 方 案 后 再 实 验 测 定, 解 决 实

184 验 结 果 能 由 小 及 大, 由 此 及 彼 的 问 题 量 纲 的 基 本 概 念 在 绪 论 中 已 有 阐 述 一 定 的 量 制 中, 如 力 学 量 制 ( 范 畴 ), 基 本 量 纲 已 经 确 定 力 学 量 制 的 基 本 量 纲 是 长 度 L 质 量 M 时 间 T, 该 量 制 中 的 其 它 物 理 量 的 量 纲 均 可 由 此 3 个 基 本 量 纲 表 达, 如 重 力 加 速 度 g 的 量 纲 为 LT 2 是 导 出 量 纲 基 本 量 纲 互 相 独 立, 不 能 互 相 表 达, 即 用 M T 不 能 表 达 出 L 一 个 物 理 量 的 量 纲 和 自 身 量 纲 相 比 当 然 为 纯 数 1, 称 量 纲 1, 也 即 无 量 纲 基 本 量 纲 可 选 基 本 物 理 量 与 其 对 应, 如 管 径 d 对 应 L 等, 并 用 基 本 物 理 量 反 代, 则 某 导 出 物 理 量 除 以 自 身 量 纲 用 基 本 物 理 量 反 代 后 的 组 合 体, 结 果 一 定 是 一 个 量 纲 为 1 的 数, 称 为 准 数 1 1 例 如 :μ 的 量 纲 是 ML T, d, ρ, μ 作 为 与 L M T 对 应 的 基 本 物 理 量 而 被 选 中, 则 3 1 得 到 基 本 量 纲 的 基 本 物 理 量 表 达 式 为 L [ d], M [ ρd ], T [ u d], 方 括 号 [] 表 示 求 物 理 量 或 物 理 量 组 合 体 的 量 纲, 故 有 : [ μ] [ μ] μ 1 = = ML 1 T = [ ρd ][ d ][ u d ] ρdu Re ( ) 1 duρ 惯 性 力 L ε μ 准 数 化 : π 1 = = Re = ;L 准 数 化 : π 2 = ; ε 准 数 化 : π 3 = ; μ 粘 性 力 d d [ hf ] [ hf ] [ hf ] 单 位 质 量 流 体 阻 力 损 失 h f 准 数 化 : π 4 = 2 2 = [ 2 ( 1 ) 2 = ] [ 2 = Eu = LT d u d u ] 单 位 质 量 流 体 动 能 Eu 为 欧 拉 准 数, 于 是 待 求 函 数 关 系 转 变 成 : h f f 2 1(Re, ε / d, L/ d) = (1-39a) (u / 2) ϕπ ( 1, π2, π3, π 4) = 0 (1-39b) 式 1-39 有 7 个 变 量, 而 式 1-39b 只 有 4 个 变 量, 变 量 减 少 的 数 目 等 于 力 学 系 统 基 本 量 纲 的 数 目 将 物 理 方 程 中 导 出 的 物 理 量 准 数 化, 具 有 的 优 点 是 : (1) 方 程 1-39 转 换 为 准 数 方 程 后, 新 方 程 中 准 数 变 量 的 个 数 与 原 方 程 变 量 个 数 相 比 减 少 了 基 本 量 纲 数 的 个 数, 故 力 学 系 统 中 减 少 3 个, 热 学 中 减 少 4 个, 因 为 热 学 系 统 中 增 加 了 温 度 基 本 量 纲, 此 种 规 律 称 为 π 定 理, 使 得 实 验 次 数 因 此 减 少 很 多 (2) 以 准 数 作 为 变 量, 变 化 此 变 量 的 数 值 的 实 验 操 作 更 有 选 择 余 地, 可 选 择 最 方 便 的 操 作 使 准 数 变 量 发 生 变 化 以 变 化 Re 为 例, 改 变 4 个 物 理 量 μ ρ d 和 u 的 任 一 个 或 几 个 的 数 值 均 可 改 变 Re, 但 其 中 以 改 变 u 最 为 方 便, 因 为 只 要 变 化 阀 门 的 开 度 即 可 实 现, 而 不 需 通 过 置 换 流 体 改 变 ρ 使 Re 获 得 改 变, 所 以 测 定 实 验 得 到 简 化, 且 在 小 实 验 装 置 上, 以 水 空 气 等 常 见 流 体 为 介 质, 通 过 改 变 阀 门 开 度 使 用 人 工 粗 糙 管 等 方 法 得 到 普 遍 适 用 的 准 数 关 系 曲 线 或 方 程, 即 实 现 了 由 此 及 彼, 由 小 及 大 的 实 验 思 想 单 元 操 作 学 使 用 了 许 多 形 式 的 准 数, 但 采 用 何 种 基 本 物 理 量 反 代 基 本 量 纲 使 准 数 具 有 一 定 的 物 理 含 义, 如 Re 代 表 惯 性 力 与 粘 性 力 之 比, 此 问 题 不 属 于 量 纲 分 析 范 畴, 需 由 研 究 者 根 据 研 究 目 加 以 选 择 在 实 验 前 用 量 纲 分 析 作 简 单 数 学 处 理, 将 实 际 变 量 转 化 成 准 数 变 量, 再 用 实 验 测 定 准 数 变 量 间 的 关 系, 以 图 或 求 出 的 幂 积 式 ( 必 要 时 分 段 ) 表 达 所 求 规 律 此 种 实 验 方 法 是 单 元 操 作 学 研 究 方 法 论 的 主 要 内 容 之 一, 摩 擦 阻 力 系 数 图 即 由 此 法 得 到 物 理 量 准 数 化 也 可 采 用 比 较 基 本 量 纲 的 方 法 进 行, 因 为 物 理 方 程 两 边 的 量 纲 应 该 一 致,

185 称 为 量 纲 一 致 原 则, 所 以 可 将 某 一 物 理 量 写 成 基 本 物 理 量 的 幂 式, 再 比 较 量 纲, 求 出 幂 即 可, 如 方 程 式 1-39 整 体 也 能 比 较 量 纲, 但 相 对 比 较 复 杂 L LT 以 μ 的 准 数 化 为 例, μ 的 量 纲 为 x 1 y 3 z ( ) ( ML ) 1 1 ML T, 设 μ = d x u y ρ z, 等 式 右 边 的 量 纲 为 1 1, 应 等 于 左 边 的 量 纲 ML T, 故 有 下 列 方 程 组 : x+ y 3z = 1 x= 1 z = 1 y = 1 y 1 = z = 1 一 般 而 言, 管 道 越 长, 阻 力 损 失 越 大, 即 阻 力 损 失 与 L 成 正 比, 故 可 将 L/d 提 出 函 数 符 外, 得 到 h f = L f 2 2 (Re, ε / d ), 令 ( u /2) d λ = f (Re, ε / d ) (1-40) 2 则 得 到 范 宁 公 式 1-24 只 要 测 出 λ = f (Re, ε / d) 2 关 系, 即 可 计 算 各 种 牛 顿 型 流 体 在 各 种 直 径 管 道 中 湍 流 流 动 时 的 阻 力 层 流 阻 力 尽 管 理 论 已 经 推 动 出 求 解 公 式, 但 一 样 可 用 实 验 测 定 按 照 式 1-40,λ 的 自 变 量 是 两 个 准 数 Re 和 ε/d, 故 测 定 结 果 可 由 小 及 大 由 此 及 彼 如 果 没 有 用 量 纲 分 析 导 出 式 1-40, 而 仅 用 范 宁 公 式 1-24 安 排 实 验 测 定 λ, 也 能 测 λ, 并 一 样 能 得 到 Re, 所 以 能 绘 出 λ 与 Re 关 系 图, 但 测 定 结 果 只 能 用 于 实 验 流 体 和 管 道, 而 不 能 推 广 使 用, 因 为 此 种 情 况 下,Re 只 能 用 实 验 条 件 下 的 ρ μ 和 d 计 算, 范 宁 公 式 本 身 不 能 证 明 Re 可 以 用 其 他 条 件 的 ρ μ 和 d 计 算, 也 即 范 宁 公 式 本 身 无 法 证 明 式 1-40 成 立 依 据 范 宁 公 式 1-24 测 定 λ, 对 等 径 直 管 牛 顿 型 流 体 的 流 动, 首 先 选 用 一 具 有 固 定 ε / d 值 的 人 工 粗 糙 管, 因 Δ p + u L 可 测, 故 在 一 种 阀 门 开 度 下 使 用 测 定 的 Δ p + u L 数 据 按 照 范 宁 公 式 1-24 可 计 算 得 到 一 个 λ 值 和 Re, 然 后 改 变 阀 门 开 度, 得 到 不 同 组 λ 和 Re 值, 再 将 各 λ 和 Re 值 代 表 的 点 绘 在 双 对 数 坐 标 上, 最 终 得 到 摩 擦 阻 力 系 数 图 中 的 一 条 曲 线 改 用 不 同 的 人 工 粗 糙 管, 重 复 上 述 方 法 可 得 到 各 种 ε / d 下 λ 和 Re 对 应 关 系 曲 线, 即 得 到 摩 擦 阻 力 系 数 图 中 的 各 条 曲 线 湍 流 时 等 径 圆 直 管 中 三 传 系 数 K T =λ(l/d)(u/2),λ 与 Re 有 关, 即 与 流 速 有 关 充 分 湍 流 时,λ 与 Re 无 关,K T 正 比 于 u 非 完 全 湍 流 时, 速 度 对 K T 的 影 响 综 合 了 λ 的 影 响 因 素, u 增 大,λ 减 小, 根 据 柏 劳 修 斯 方 程, 光 滑 管 的 λ 与 u 的 0.25 次 方 成 正 比, 故 在 柏 劳 修 斯 方 程 成 立 的 范 围 内,K T 与 u 0.75 成 正 比, 流 动 越 向 完 全 湍 流 区 靠 近,K T 就 越 近 似 与 u 成 正 比, 所 以 光 滑 管 中 K T 与 u 0.75~1 成 正 比, 而 非 光 滑 管 中 动 量 传 递 较 光 滑 管 更 大, 故 其 K T 比 光 滑 管 中 的 值 要 大, 也 应 与 u n 成 正 比, 且 有 0.75 < n 量 纲 分 析 规 划 实 验 求 取 局 部 阻 力 损 失 和 动 量 通 量 流 体 在 管 路 的 进 出 口 弯 头 阀 门 扩 大 缩 小 等 局 部 位 置 流 过 时, 流 速 大 小 和 方 向 都 会 发 生 改 变, 产 生 边 界 层 分 离, 形 成 漩 涡, 损 耗 能 量, 即 使 是 层 流 流 动 在 这 些 局 部 位 置 也 可 能 会 湍 流 化 局 部 阻 力 损 失 一 般 难 于 精 确 计 算, 通 常 由 实 验 测 定 管 件 或 阀 门 等 的 局 部 阻 力 系 数 或 当 量 长 度 (equivalent length), 用 于 计 算 动 量 通 量 或 阻 力 损 失 局 部 阻 力 的 物 理 模 型 为 当 量 长 度 Le 的 等 径 直 管 的 阻 力, 测 定 实 验 一 样 可 以 按 照 直 圆 阻 力 管 量 纲 分 析 的 思 路 理 解 局 部 阻 力 系 数 法 由 于 局 部 阻 力 损 失 多 由 边 界 层 分 离 产 生, 流 动 中 流 体 产 生 漩 涡 较 多, 湍 动 比 较 强 烈, 故 可 认 为 一 定 尺 寸 和 结 构 的 管 件 或 阀 门 的 阻 力 损 失 与 Re 无 关, 服 从 阻 力 平 方 定 律, 单 位 质 量 流 体 的 阻 力 损 失 h f 为 动 能 的 某 个 倍 数, 即 :

186 ' h f 2 u = ζ (1-41) 2 式 1-41 中 ζ 称 为 局 部 阻 力 系 数, 常 用 管 件 的 ζ 值 可 在 表 1-3 中 查 得, 注 意 速 度 u 均 以 小 管 中 的 速 度 计 当 流 体 自 大 容 器 进 入 相 对 很 小 的 管 内 时, 管 截 面 积 与 容 器 截 面 积 ( 平 行 于 管 截 面 ) 之 比 近 似 为 零, ζ i = 0.5, 称 为 进 口 阻 力 系 数, 相 反, 当 流 体 自 管 子 进 入 容 器 或 排 放 到 管 外 空 间, ζ o = 1, 称 为 出 口 阻 力 系 数 由 于 管 出 口 的 局 部 阻 力 系 数 为 1, 阻 力 损 失 大 小 与 出 口 管 内 的 动 能 等 值, 但 显 然 属 于 不 同 概 念, 故 伯 努 利 方 程 的 截 面 1-1 和 2-2 需 要 明 确 定 义, 使 用 伯 努 利 方 程 才 不 会 发 生 概 念 错 误 2-2 截 面 若 选 在 出 口 管 外 侧 时, 管 外 流 速 为 零, 但 包 含 出 口 阻 力 损 失, 动 能 项 为 零,2-2 截 面 若 在 出 口 管 内 侧, 包 含 动 能 项, 但 没 有 出 口 阻 力 损 失 表 1-3 管 件 和 阀 件 的 局 部 阻 力 系 数 ζ 值 当 量 长 度 法 将 流 体 流 过 管 件 或 阀 门 的 局 部 阻 力 损 失, 近 似 看 成 是 某 个 长 度 的 直 管 阻 力 损 失, 用 范 宁 公 式 1-24 计 算 当 量 长 度 L e 由 实 验 测 得, 常 用 管 件 与 阀 门 的 当 量 长 度 如 图 1-20 所 示 管 路 往 往 由 直 管 和 管 件 阀 门 等 构 成, 因 此 流 体 流 经 管 路 的 总 阻 力 应 是 直 管 阻 力 和 所 有 局 部 阻 力 之 和, 且 在 管 径 不 同 时, 应 分 开 计 算 后 再 相 加 计 算 局 部 阻 力 时, 可 用 局 部 阻 力

187 系 数 法, 亦 可 用 当 量 长 度 法, 两 者 都 是 近 似 的 计 算 方 法, 注 意 对 同 一 管 件 或 阀 门 不 要 用 两 种 方 法 重 复 计 算, 最 终 结 果 见 式 1-42: 2 ' L+ΣLe u hf =Σ hf +Σ hf =Σ λ + ζ d (1-42) 2 不 论 是 采 用 当 量 法 还 是 局 部 阻 力 系 数 法, 都 是 局 部 阻 力 的 近 似 计 算 方 法 按 照 动 量 通 量 等 于 三 传 系 数 K T 乘 以 动 量 浓 度 差 推 动 力 理 解, 局 部 阻 力 损 失 的 三 传 系 数 K T 由 实 验 测 得 的 阻 力 系 数 或 当 量 长 度 计 算, 用 阻 力 系 数 法 计 算 时 管 件 阀 门 等 的 K T =ζu/2, 用 图 1-20 管 件 和 阀 件 的 当 量 长 度 共 线 图 当 量 长 度 计 算 时 K T =λul e /(2d),ζ 相 当 于 λl e /d, 都 与 λ 有 关, 而 λ 与 量 纲 分 析 有 关, 故 阻 力 系 数 或 当 量 长 度 测 定 实 验 应 理 解 为 基 于 量 纲 分 析 管 件 和 阀 门 等 的 动 量 通 量 计 算 方 法 仍 统

188 一 于 图 0-1, 得 到 动 量 通 量 即 得 到 阻 力 损 失 ρ Σ ' h f 例 题 1-6 将 某 种 浓 度 的 苹 果 汁 按 1.5kg/s 的 流 量 由 敞 口 的 一 贮 槽 中 泵 送 入 另 一 高 位 贮 槽, 如 图 1-21 所 示, 两 贮 槽 均 为 常 压 输 送 管 为 φ 38 3 mm 卫 生 管, 视 为 光 滑 管, 管 长 50m 管 路 中 装 有 3 个 90 的 标 准 弯 头 两 个,1 个 全 开 90 o 角 阀 供 料 槽 的 液 位 维 持 2m, 管 出 口 距 地 面 高 度 为 10m, 假 设 产 品 的 粘 度 μ 为 Pas, 密 度 ρ 为 1000kg/m 3, 泵 的 效 率 取 60%, 试 计 算 泵 的 功 率 解 : 取 地 面 为 位 能 基 准 面, 低 位 槽 苹 果 汁 面 为 1 1 截 面, 管 出 口 内 侧 为 2 2 截 面, 列 伯 努 利 方 程 : 2 2 p1 u1 p2 u2 + gz1 + + we = + gz2 + +Σ h ρ 2 ρ 2 z 1 =2m,z 2 =10m,p 1 ( 表 )=0,p 2 ( 表 )=0,u 1 =0, 管 内 径 d=0.032m W s / ρ 1.5/ u = = = 1.87 m/ s ( π / 4) d duρ Re = = = μ 由 柏 劳 修 斯 式 1-36, 计 算 得 到 λ= ζ突 然 缩 小 = 0.5, ζ90 弯 头 = 0.75, ζ角 阀 全 开 = 5.0 查 局 部 阻 力 系 数 ζ 值 : 2 2 L u Σ hf = λ +Σ ζ = = d u we = g( z2 z 1) + +Σ hf = 9.81 ( 10-2) = J/kg 2 2 ww e s N = = = 399.0W η 0.6 本 例 题 还 可 以 利 用 Excel 表 进 行 比 较 计 算, 可 以 求 管 子 长 度 为 30m 70m 90m 110m 130m 时 泵 的 功 率, 也 可 求 管 内 径 为 27mm 36mm 44mm 泵 的 功 率, 以 此 对 输 送 过 程 进 行 选 择 建 议 读 者 用 Excel 电 子 表 格 求 解, 以 达 训 练 目 的 两 类 数 学 模 型 法 求 解 非 圆 形 管 道 阻 力 损 失 一 般 管 道 为 圆 管, 但 也 有 使 用 非 圆 管 的 情 形 牛 顿 型 流 体 在 非 圆 形 管 道 中 流 动 时 的 阻 力 损 失 计 算 可 采 用 数 学 模 型 法 加 以 解 决 数 学 模 型 有 纯 数 学 模 型 和 半 理 论 半 经 验 数 学 模 型 之 分 圆 管 内 层 流 摩 擦 阻 力 系 数 λ 即 为 采 用 纯 数 学 模 型 法 推 导 得 到 单 元 操 作 学 的 理 论 研 究 有 一 部 分 公 式 采 用 纯 数 学 模 型 法 推 导, 在 形 状 规 则 初 始 和 边 界 条 件 确 定 时 能 进 行 数 学 推 导 如 规 则 的 非 圆 形 管 道, 如 圆 环 矩 形 三 角 形 等 截 面 管 道, 在 牛 顿 型 流 体 层 流 流 动 时, 可 以 根 据 运 动 方 程 推 导 得 到 速 度 分 布 动 量 通 量 或 压 强 差 公 式 和 摩 擦 阻 力 λ 计 算 公 式, 再 如 以 后 将 要 讨 论 的 球 长 圆 柱 大 平 板 的 导 热 和 扩 散 传 质 理 论 求 解 问 题, 所 以 纯 数 学 模 型 法 为 单 元 操 作 学 研 究 方 法 之 一, 并 且 随 着 数 学 计 算 技 术 的 发 展, 会 得 到 更 加 广 泛 的 应 用 单 元 操 作 的 数 学 模 型 研 究 法 在 传 递 过 程 课 程 有 更 深 入 的 研 究, 例 1-7 即 为 其 讨 论 模 型 之 一 f 图 1-21 例 1-6 附 图 J/kg

189 例 1-7 套 管 由 两 根 直 径 不 同 的 同 心 管 组 成, 套 管 内 管 和 环 隙 可 供 两 种 不 同 流 体 通 过, 可 用 于 冷 热 流 体 的 换 热, 如 图 1-22 所 示, 同 心 套 管 内 管 的 外 半 径 为 r 1, 外 管 的 内 半 径 为 r 2, 不 可 压 缩 流 体 在 环 隙 沿 轴 向 流 过, 求 稳 态 层 流 时 环 隙 内 的 速 度 分 布 主 体 流 速 以 及 阻 力 损 失 的 表 达 式 解 : 采 用 柱 坐 标 系 下 的 连 续 性 方 程 和 运 动 方 程 ( 可 参 考 传 递 过 程 教 材 ) 分 析 本 题 情 形, 有 下 述 方 程 成 立 1d du 1dp ( r ) = d = 常 数 (1-43) r dr dr μ dz 边 界 条 件 为 :(1)r=r 1,u z =0;(2)r=r 2,u z =0;(3) du r=r max,u z =u max, z 0 dr =,r max 为 环 隙 截 面 上 最 大 流 速 图 1-22 环 隙 中 流 动 的 速 度 分 布 u max 处 距 管 中 心 的 距 离,z 为 轴 心 方 向, 以 流 动 方 向 为 正 将 式 1-43 进 行 第 一 次 积 分, 代 入 边 界 条 件 (3), 可 得 下 式 du z 1 dp d 2 2 r = ( r rmax ) (1-43a) dr 2μ dz 根 据 边 界 条 件 (1), 对 式 1-43a 进 行 第 二 次 积 分, 得 速 度 分 布 为 : dpd r r1 2 r uz = ( r max ln ) (1-43b) 2μ dz 2 r1 由 边 界 条 件 (2), 得 速 度 分 布 另 一 表 达 式 dpd r r2 2 r uz = ( r max ln ) (1-43c) 2μ dz 2 r2 由 式 1-43b 和 式 1-43c 联 立 求 解, 得 到 2 2 r2 r1 rmax = (1-43d) 2ln( r2 / r1) 已 知 速 度 分 布, 可 根 据 平 均 速 度 乘 以 环 隙 截 面 积 等 于 环 隙 体 积 流 量 的 概 念 u 1 u 2 r2 zd A π = = d A 2 2 z A π ( r 1 2 r1 ) u r r r 经 积 分 得 到 环 隙 的 平 均 速 度 为 1 dp d u = ( r2 + r1 2 r max) 8μ dz z 方 向 上 的 压 力 降 可 表 达 为 dpd 8μuL 8μL Δ pf = L= = ρu = K T ρu d z ( r2 + r1 2 r max) ρ( r2 + r1 2 r max) 环 隙 中 的 动 量 通 量 即 为 上 式 中 的 Δp f, 由 此 可 得 到 此 问 题 的 K T 半 理 论 半 经 验 数 学 模 型 法 是 单 元 操 作 学 研 究 复 杂 问 题 常 用 方 法 该 法 针 对 复 杂 的 物 理 现 象, 首 先 抓 主 要 矛 盾, 进 行 简 化, 建 立 物 理 模 型, 使 得 物 理 模 型 能 够 体 现 实 际 问 题 的 主 要 方 面, 然 后 列 出 数 学 方 程, 求 解 方 程 方 程 中 往 往 有 模 型 参 数, 需 要 用 实 验 测 定 求 出 模 型 参 数, 并 对 模 型 进 行 有 效 性 证 明, 这 与 量 纲 分 析 规 划 实 验 并 进 行 实 验 测 定 参 数 关 系 的 目 的 明 显 不 同 该 法 的 难 点 在 于 必 须 深 刻 理 解 过 程, 对 过 程 进 行 合 理 简 化, 同 时 在 指 定 的 某 侧 面 与 原 过 程 保 持 等 效, 而 最 终 的 检 验 性 实 验 则 要 比 量 纲 分 析 后 的 搜 索 性 实 验 简 易 如 果 对 过 程 的 本 质 不 能 做 恰 如 其 分 的 简 化, 半 理 论 半 经 验 的 数 学 模 型 法 就 无 法 得 到 正 确 应 用, 仍 需 要 采 用 量 纲 分 析 规 划 实 验 方 法, 搜 索 参 数 关 系 现 讨 论 非 圆 管 内 的 流 体 流 动 阻 力 计 算 问 题 设 想 以 等 长 的 当 量 圆 管 内 的 流 动 代 替 非 圆 管 内 的 流 体 流 动, 希 望 两 种 情 形 下 流 体 体 积 相 同, 壁 表 面 积 相 同, 达 到 流 速 相 近, 速 度 分 布 相 近, 以 使 阻 力 损 失 等 效, 用 数 学 公 式 描 述 此 等 效, 得 到 2 Ve = π d e L/4 d e V = = Se π d el 4 S

190 故 取 4 倍 的 流 通 截 面 积 A 除 以 浸 润 周 边 Π 作 为 当 量 圆 管 的 直 径 d e, 也 等 于 水 力 半 径 (hydraulic radius) 的 两 倍, 即 4A d e = (1-44) Π 此 时, 可 以 计 算 得 到, 同 样 长 度 的 实 际 管 和 模 型 圆 管 中 单 位 体 积 流 体 占 有 的 表 面 积 相 同, 表 征 出 实 际 管 阻 力 损 失 和 模 型 管 阻 力 损 失 相 等 最 主 要 的 因 素, 但 因 实 际 流 速 和 速 度 分 布 不 同, 阻 力 不 能 完 全 相 同, 故 真 实 圆 管 时 阻 力 损 失 计 算 公 式 的 有 关 参 数 仍 需 要 用 实 验 校 正, 这 样 才 能 得 到 非 圆 形 管 的 阻 力 损 失 计 算 公 式 此 为 非 圆 形 管 阻 力 损 失 求 解 可 采 用 的 半 理 论 半 经 验 的 方 法 尽 管 层 流 时 计 算 一 些 非 圆 形 管 的 阻 力 损 失 的 λ 可 以 按 照 纯 数 学 模 型 的 思 路 推 导 出 来, 但 也 可 按 照 半 理 论 半 经 验 的 数 学 模 型 法 求 解, 而 湍 流 时 的 非 圆 管 的 λ 求 解, 首 先 使 用 数 学 模 型 法, 将 非 圆 管 看 成 是 当 量 直 径 为 d e 的 圆 管, 再 应 用 范 宁 公 式, 也 即 直 接 使 用 了 摩 擦 阻 力 系 数 图 得 到 摩 擦 阻 力 系 数, 因 摩 擦 阻 力 系 数 图 由 量 纲 分 析 规 划 实 验 测 得, 故 非 圆 管 阻 力 计 算 综 合 了 数 学 模 型 和 量 纲 分 析 规 划 实 验 方 法 在 层 流 时 圆 管 摩 擦 阻 力 系 数 计 算 式 中 的 系 数 为 64, 而 用 于 非 圆 管 时 可 用 检 验 性 实 验 的 实 测 数 据 C 代 替,C 见 表 1-4 表 1-4 中 的 C 值 也 可 根 据 运 动 方 程 由 理 论 推 导 得 到 各 种 形 状 管 层 流 时 的 K T 等 于 C Lν/(2d 2 e ) 表 1-4 某 些 非 圆 形 管 层 流 时 λ 计 算 式 中 的 常 数 值 非 圆 形 管 的 截 面 形 状 正 方 形 等 边 三 角 形 环 形 长 方 形 长 宽 =2 1 长 方 形 长 宽 =4 1 λ 式 中 的 常 数 C

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202 第 六 章 食 品 分 离 机 械 与 设 备 第 一 节 概 述 一 般 来 说, 在 食 品 的 生 产 中 分 离 过 程 的 投 资 要 占 到 生 产 过 程 总 投 资 的 50%~90%, 用 于 产 品 分 离 的 费 用 往 往 要 占 到 生 产 总 成 本 的 70% 甚 至 更 高 因 此 可 以 看 出, 分 离 过 程 是 食 品 加 工 中 一 个 非 常 重 要 的 操 作 食 品 加 工 中 典 型 的 混 合 物 有 两 大 类 : 1. 连 续 相 为 液 体 (1) 分 散 相 为 固 体, 即 固 / 液 系 统, 称 悬 浮 液, 如 果 汁 啤 酒 酵 母 混 合 液 淀 粉 乳 等 等 ; (2) 分 散 相 为 液 体, 即 液 / 液 系 统 或 液 体 混 合 物, 称 乳 浊 液 或 悬 浮 液, 如 全 脂 牛 奶 油 水 混 合 物 等 ; (3) 分 散 相 为 气 体, 即 气 / 液 系 统, 称 泡 沫 液 2. 连 续 相 为 气 体, 即 气 溶 胶 (1) 分 散 相 为 固 体, 即 固 / 气 系 统, 如 烟 尘 等 ; (2) 分 散 相 为 液 体, 即 液 / 气 系 统, 如 雾 等 根 据 物 系 的 不 同, 分 离 方 法 分 为 : 1. 扩 散 式 分 离 方 法 (1) 蒸 发 蒸 馏 干 燥 等 ( 根 据 挥 发 度 或 汽 化 点 的 不 同 ); (2) 结 晶 ( 根 据 凝 固 点 的 不 同 ); (3) 吸 收 萃 取 沥 取 等 ( 根 据 溶 解 度 的 不 同 ); (4) 沉 淀 ( 根 据 化 学 反 应 生 成 沉 淀 物 的 选 择 性 ); (5) 吸 附 ( 根 据 吸 附 势 的 差 别 ); (6) 离 子 交 换 ( 用 离 子 交 换 树 脂 ); (7) 等 电 位 聚 焦 ( 根 据 等 电 位 ph 值 的 差 别 ); (8) 气 体 扩 散 热 扩 散 渗 析 超 滤 反 渗 透 等 ( 根 据 扩 散 速 率 差 ) 2. 机 械 分 离 方 法 (1) 过 滤 压 榨 ( 根 据 截 留 性 或 流 动 性 ); (2) 沉 降 ( 根 据 密 度 或 粒 度 差 ); (3) 磁 分 离 ( 根 据 磁 性 差 ); (4) 静 电 除 尘 静 电 聚 结 ( 根 据 电 特 性 ); (5) 超 声 波 分 离 ( 根 据 对 波 的 反 映 特 性 ) 沉 降 分 离 可 分 为 重 力 沉 降 和 离 心 沉 降 分 离 后 者 包 括 离 心 分 离 和 旋 流 分 离, 分 离 设 备 分 别 为 离 心 机 和 旋 流 分 离 器 在 以 上 分 离 方 法 中, 过 滤 离 心 分 离 和 旋 流 分 离 被 称 为 食 品 分 离 中 的 三 大 主 要 机 械 分 离 方 法 第 二 节 过 滤 机 械 过 滤 是 利 用 混 合 物 内 相 的 截 留 性 差 异 进 行 分 离 的 一 种 操 作 因 此, 它 可 用 于 连 续 相 ( 或 介 质 ) 为 流 体 ( 液 体 或 气 体 ), 分 散 相 为 固 体 混 合 物 的 分 离 过 滤 的 应 用 范 围 很 广, 主 要 是 因 为 它 适 应 的 粒 度 与 浓 度 范 围 较 宽 一 般 过 滤 技 术 的 缺 点 是 过 滤 介 质 易 堵, 连 续 性 差 特 别 是 食 品 生 物 类 物 料, 形 成 的 滤 床 具 有 很 大 的 可 压 缩 性, 以 至 过 滤 操 作 不 能 正 常 地 进 行 这

203 个 问 题 常 常 必 须 通 过 使 用 助 滤 剂 来 得 到 改 善 另 外, 虽 然 过 滤 适 应 的 浓 度 范 围 较 宽, 理 论 上 讲, 也 可 以 处 理 低 浓 度 的 物 料, 但 大 量 低 浓 度 的 混 合 液 通 过 过 滤 器 来 处 理 往 往 是 不 经 济 的 这 种 情 况 下, 应 尽 量 考 虑 采 用 其 他 分 离 方 法 进 行 预 浓 缩 一 过 滤 分 离 的 工 作 过 程 过 滤 操 作 过 程 一 般 包 括 过 滤 洗 涤 干 燥 卸 料 4 个 阶 段 (1) 过 滤 悬 浮 液 在 推 动 力 作 用 下, 克 服 过 滤 介 质 的 阻 力 进 行 固 液 分 离 ; 固 体 颗 粒 被 截 留, 逐 渐 形 成 滤 饼, 且 不 断 增 厚, 因 此 过 滤 阻 力 也 随 之 不 断 增 加, 致 使 过 滤 速 度 逐 渐 降 低 当 过 滤 速 度 降 低 到 一 定 程 度 后, 必 须 停 止 过 滤 (2) 洗 涤 停 止 过 滤 后, 滤 饼 的 毛 细 孔 中 包 含 有 许 多 滤 液, 须 用 清 水 或 其 他 液 体 洗 液, 以 得 到 纯 净 的 固 粒 产 品 或 得 到 尽 量 多 的 滤 液 (3) 干 燥 用 压 缩 空 气 吹 或 真 空 吸, 把 滤 饼 毛 细 管 中 存 留 的 洗 涤 液 排 走, 得 到 含 湿 量 较 低 的 滤 饼 (4) 卸 料 把 滤 饼 从 过 滤 介 质 上 卸 下, 并 将 过 滤 介 质 洗 净, 以 备 重 新 进 行 过 滤 二 过 滤 机 的 分 类 过 滤 机 按 过 滤 推 动 力 可 分 为 : 重 力 过 滤 机 加 压 过 滤 机 和 真 空 过 滤 机 ; 按 过 滤 介 质 的 性 质 可 分 为 : 粒 状 介 质 过 滤 机 滤 布 介 质 过 滤 机 多 孔 陶 瓷 介 质 过 滤 机 和 半 透 膜 介 质 过 滤 机 等 ; 按 操 作 方 法 可 分 为 : 间 歇 式 过 滤 机 和 连 续 式 过 滤 机 等 间 歇 式 过 滤 机 的 过 滤 洗 涤 干 燥 卸 料 4 个 操 作 工 序 在 不 同 时 间 内, 在 过 滤 机 同 一 部 分 上 依 次 进 行 它 的 结 构 简 单, 但 生 产 能 力 较 低, 劳 动 强 度 较 大 间 歇 式 过 滤 机 有 重 力 过 滤 器 板 框 压 滤 机 厢 式 压 滤 机 叶 滤 机 等 连 续 式 过 滤 机 的 4 个 操 作 工 序 在 同 一 时 间 内, 在 过 滤 机 的 不 同 部 位 上 进 行 它 的 生 产 能 力 较 高, 劳 动 强 度 较 小, 但 结 构 复 杂 连 续 过 滤 机 多 采 用 真 空 操 作, 常 见 的 有 转 筒 真 空 过 滤 机 圆 盘 真 空 过 滤 机 等 圆 盘 真 空 过 滤 机 实 际 上 是 真 空 过 滤 机 与 压 滤 机 的 结 合, 一 方 面 实 现 了 连 续 操 作, 另 一 方 面 由 于 驱 动 力 的 成 倍 增 加, 使 过 滤 效 果 比 真 空 过 滤 明 显 改 善, 滤 饼 水 分 显 著 降 低, 产 率 成 倍 提 高 但 是 这 种 过 滤 机 结 构 复 杂, 设 备 投 资 大 三 板 框 压 滤 设 备 板 框 压 滤 机 是 间 歇 式 过 滤 机 中 应 用 最 广 泛 的 一 种 其 原 理 是 利 用 滤 板 来 支 承 过 滤 介 质, 滤 浆 在 加 压 下 强 制 进 入 滤 板 之 间 的 空 间 内, 并 形 成 滤 饼 ( 一 ) 结 构 板 框 压 滤 机 由 多 块 滤 板 和 滤 框 交 替 排 列 而 成, 板 和 框 都 用 支 耳 架 在 一 对 横 梁 上, 用 压 紧 装 置 压 紧 或 拉 开, 其 结 构 如 图 6-1 所 示 滤 板 和 滤 框 数 目 由 过 滤 的 生 产 能 力 和 悬 浮 液 的 情 况 而 定, 一 般 有 10~60 个, 形 状 多 为 正 方 形, 如 图 6-2 所 示, 其 边 长 在 lm 以 下, 框 的 厚 度 约 为 20~75mm 压 滤 机 组 装 时, 将 滤 框 与 滤 板 用 过 滤 布 隔 开 且 交 替 排 列, 借 手 动 电 动 或 油 压 机 构 将 其 压 紧 因 板 和 框 的 角 端 均 开 有 小 孔, 此 时 就 构 成 供 滤 浆 或 洗 涤 水 流 通 的 孔 道 框 的 两 侧 覆 以 滤 布, 空 框 与 滤 布 围 成 了 容 纳 滤 浆 及 滤 饼 的 空 间 滤 板 的 作 用 是 支 撑 滤 布 并 提 供 滤 液 流 出 的 通 道 为 此, 滤 板 板 面 制 成 各 种 凸 凹 纹 路 滤 板 又 分 成 洗 涤 板 和 非 洗 涤 板 为 了

204 辨 别, 常 在 板 和 框 的 外 侧 铸 有 标 志 每 台 板 框 压 滤 机 有 一 定 的 总 框 数, 最 多 达 60 个 当 所 需 框 数 不 多 时, 可 取 一 盲 板 插 入, 以 切 断 滤 浆 流 通 的 孔 道, 盲 板 后 面 的 板 和 框 即 失 去 作 用 板 框 压 滤 机 内 液 体 流 动 路 径 如 图 6-3 所 示 ( 二 ) 工 作 原 理 图 6-1 板 框 压 滤 机 简 图 1. 固 定 端 板 2. 滤 布 3. 板 框 支 座 4. 可 动 端 板 5. 支 承 横 梁 过 滤 板 滤 框 洗 涤 板 滤 浆 由 滤 框 上 方 通 孔 进 入 滤 框 空 间, 固 粒 被 滤 布 截 留, 在 框 内 形 成 滤 饼, 滤 液 则 穿 过 滤 饼 和 滤 布 流 向 两 侧 的 滤 板, 然 后 沿 滤 板 的 沟 糟 向 下 流 动, 由 滤 板 下 方 的 通 图 6-2 滤 板 与 滤 框 5 孔 排 出 排 出 口 处 装 有 旋 塞, 可 观 察 滤 液 流 出 的 澄 清 情 况 如 果 其 中 一 块 滤 板 上 的 滤 布 破 裂, 则 流 出 的 滤 液 必 然 混 浊, 可 关 闭 旋 塞, 待 操 作 结 束 时 更 换 上 述 结 构 滤 液 排 出 的 方 式 称 明 流 式 另 一 种 称 暗 流 式 的 压 滤 机 滤 液 是 由 板 框 通 孔 组 成 的 密 闭 滤 液 通 道 集 中 流 出 这 种 结 1 1 (1) 1 构 较 简 单, 且 可 减 少 滤 液 与 空 气 的 接 触 当 滤 框 内 充 满 滤 饼 时, 其 过 滤 速 率 大 大 降 低 或 压 力 超 过 允 许 范 围, 此 时 应 停 止 进 料, 进 行 滤 饼 洗 2 涤 洗 涤 板 如 图 6-2 所 示 在 洗 涤 板 的 左 上 角 的 小 孔 有 一 与 之 相 通 的 暗 孔, 专 供 洗 液 输 入 之 用 此 孔 是 洗 涤 板 与 过 滤 板 的 区 分 之 处 它 们 在 组 装 时 必 须 4 按 顺 序 交 替 排 列, 即 滤 板 滤 框 洗 涤 板 3 3 滤 框 滤 板 过 滤 操 作 时, 洗 涤 板 仍 起 过 滤 (2) 板 的 作 用, 但 在 洗 涤 时, 其 下 端 出 口 被 关 闭, 洗 涤 图 6-3 板 框 压 滤 机 的 过 滤 和 洗 涤 操 作 液 穿 过 滤 布 和 滤 框 的 全 部 向 过 滤 板 流 动, 并 从 过 滤 (1) 过 滤 操 作 (2) 洗 涤 操 作 板 下 部 排 出 洗 涤 完 后, 除 去 滤 饼, 进 行 清 理, 重 1. 滤 液 出 口 2. 滤 液 进 口 3. 洗 液 出 口 新 组 装, 进 入 下 一 循 环 操 作 洗 涤 速 率 仅 为 过 滤 终 4. 洗 涤 时 关 闭 5. 洗 涤 水 进 口 了 时 过 滤 速 率 的 l/4, 板 框 压 滤 机 的 操 作 压 力 一 般 为 0.1~lMPa 板 框 过 滤 机 的 过 滤 和 洗 涤 操 作 如 图 6-3 所 示 ( 三 ) 特 点 与 应 用 板 框 压 滤 机 的 优 点 是 结 构 简 单 制 造 方 便 造 价 低 过 滤 面 积 大 无 运 动 部 件 辅 助 设 备 少 动 力 消 耗 低 过 滤 推 动 力 大 ( 最 大 可 达 lmpa 以 上, 一 般 在 0.3~0.5MPa), 管 理 方 便 使 用 可 靠 便 于 检 查 操 作 情 况, 适 应 各 种 复 杂 物 料 的 过 滤, 特 别 适 于 粘 度 大 颗 粒 度 较 细

205 可 压 缩 具 有 腐 蚀 性 的 各 种 物 料 缺 点 是 装 卸 板 框 的 劳 动 强 度 大 生 产 效 率 低 滤 饼 洗 涤 慢 不 均 匀 滤 布 磨 损 严 重 板 框 压 滤 机 在 食 品 工 业 上 有 广 泛 应 用, 特 别 适 用 于 低 浓 度 悬 浮 液 胶 体 悬 浮 液 分 离 液 相 粘 度 大 或 接 近 饱 和 状 态 的 悬 浮 液 的 过 滤 四 加 压 滤 叶 型 过 滤 设 备 加 压 叶 滤 机 是 由 一 组 并 联 滤 叶 装 在 密 闭 耐 压 机 壳 内 组 成 悬 浮 液 在 加 压 下 送 进 机 壳 内, 滤 渣 截 留 在 滤 叶 表 面 上, 滤 液 透 过 滤 叶, 后 经 管 道 排 出 加 压 叶 滤 机 可 以 作 为 预 敷 层 过 滤 机 来 使 用 ( 一 ) 加 压 叶 滤 机 的 概 述 1. 滤 叶 滤 叶 是 加 压 叶 滤 机 的 重 要 过 滤 元 件 一 般 滤 叶 由 里 层 的 支 撑 网 边 框 和 覆 在 外 层 的 细 金 属 丝 网 或 编 织 滤 布 组 成, 其 结 构 如 图 6-4 所 示 ; 也 有 的 滤 叶 由 配 置 了 支 撑 条 的 中 空 薄 壳, 外 面 覆 盖 滤 网 组 成 滤 叶 用 接 管 镶 嵌 固 定 在 滤 液 排 出 管 上, 在 接 头 处 多 用 形 圈 密 封 滤 叶 的 形 状 有 多 种 : 方 形, 长 方 形, 梯 形, 圆 形, 弓 形, 椭 圆 形 等 滤 叶 可 以 是 固 定 的, 也 可 以 是 旋 转 的 滤 叶 在 压 滤 机 里 的 工 作 位 置 可 以 是 垂 直 的, 或 者 水 平 的 垂 直 滤 叶 的 两 面 都 是 过 滤 面, 而 水 平 滤 叶 仅 上 表 面 是 过 滤 面 在 滤 槽 尺 寸 的 1 相 同 的 情 况 下, 垂 直 滤 叶 型 压 滤 机 的 过 滤 面 积 为 水 平 型 的 2 倍 滤 叶 是 两 面 紧 覆 着 细 金 属 丝 网 的 滤 框, 它 的 骨 架 是 用 管 子 弯 制 的 2 方 形 框, 框 的 中 间 平 面 上 夹 持 着 一 层 粗 的 大 孔 格 金 属 丝 网, 在 它 的 两 侧 紧 覆 以 细 密 的 金 属 丝 网 (400~500 目 ), 以 支 持 硅 藻 土 层, 而 上 述 中 3 间 的 粗 金 属 丝 网 则 是 支 持 两 侧 细 金 属 丝 网 的 每 个 滤 叶 以 接 管 支 承 在 汇 集 总 管 上, 它 的 两 边 则 受 到 容 器 的 壁 上 定 位 槽 架 的 支 持 4 2. 加 压 叶 滤 机 分 类 常 见 的 加 压 叶 滤 机 有 以 下 几 种 类 型 : (1) 垂 直 滤 槽, 垂 直 滤 叶 型 ; 图 6-4 滤 叶 的 结 构 (2) 垂 直 滤 槽, 水 平 滤 叶 型 ; 1. 金 属 网 2. 滤 布 (3) 水 平 滤 槽, 垂 直 滤 叶 型 ; 3. 滤 饼 4. 空 框 (4) 水 平 滤 槽, 水 平 滤 叶 型 加 压 叶 滤 机 的 卸 料 方 法 分 为 湿 法 和 干 法, 基 本 上 是 利 用 喷 淋 冲 洗 振 动 或 离 心 力 作 用 来 卸 料 湿 法 卸 料 是 用 固 定 的 或 旋 转 的 摆 动 的 喷 头 喷 淋 洗 液 将 滤 渣 冲 掉 ; 或 者 喷 头 不 动, 由 滤 叶 旋 转 卸 渣 干 法 卸 料 可 以 用 人 工 或 机 械 方 法 进 行 例 如 冲 击 振 动, 空 气 反 吹, 离 心 力 等 此 外, 有 的 利 用 滤 叶 缓 慢 旋 转, 用 刷 子 帮 助 卸 料 ; 水 平 槽 水 平 滤 叶 过 滤 机 的 过 滤 之 后, 将 滤 叶 或 者 滤 槽 转 90, 然 后 卸 料, 即 过 滤 是 水 平 位 置, 卸 料 是 叶 滤 在 垂 直 位 置 由 重 力 卸 料 要 提 高 叶 滤 机 的 生 产 能 力 的 重 要 问 题 是 如 何 自 动 地 完 全 地 卸 除 滤 饼, 并 使 过 滤 介 质 再 生 加 压 叶 滤 机 一 般 用 在 中 小 规 模 的 生 产 上, 当 它 作 为 预 敷 层 过 滤 机 使 用 时, 悬 浮 液 含 固 体 量 少, 需 要 保 留 的 是 液 体 而 不 是 固 体 例 如 用 在 啤 酒 果 汁 矿 泉 水 各 种 油 类 的 净 化 等 ( 二 ) 垂 直 滤 叶 型 压 滤 机

206 1. 振 打 卸 料 垂 直 槽 垂 直 滤 叶 型 叶 滤 机 该 叶 滤 机 具 有 密 封 加 压 多 滤 叶 微 孔 精 密 过 滤 的 特 点 其 结 构 为 ( 如 图 6-5 所 示 ): 在 一 个 密 闭 的 机 壳 内, 垂 直 装 有 多 片 不 锈 钢 滤 叶, 用 来 支 承 和 贴 附, 起 有 主 要 过 滤 作 用, 底 部 平 法 兰 上 装 有 不 锈 钢 平 面 滤 网, 其 作 用 使 壳 体 内 液 体 完 全 过 滤, 无 残 液 过 滤 时, 先 循 环 过 滤 进 行 预 涂, 使 滤 叶 表 面 形 成 一 层 预 涂 层, 待 滤 液 清 亮 后 ( 通 过 视 镜 观 察 ), 即 可 进 行 正 常 过 滤 当 输 液 泵 向 机 壳 内 输 入 一 定 数 量, 并 含 有 活 性 炭 粉 末 或 活 性 白 土 粉 末 的 溶 液 时, 将 会 产 生 一 定 的 压 力, 液 体 在 压 力 的 作 用 下 流 入 滤 网, 活 性 炭 粉 末 或 活 性 白 土 粉 末 截 留 在 滤 网 表 面, 产 生 一 定 的 过 滤 阻 力, 形 成 内 外 压 差, 随 着 溶 液 中 的 活 性 炭 粉 末 或 活 性 白 土 粉 末 随 溶 液 的 流 入, 逐 渐 地 吸 附 于 滤 叶 表 面, 经 循 环 一 定 时 间, 并 形 成 具 有 相 当 过 滤 能 力 的 滤 饼 层, 溶 液 经 滤 饼 层 去 除 杂 质 流 入 滤 叶 内 腔, 再 经 出 液 管, 流 出 清 液 振 打 卸 料 垂 直 槽 垂 直 滤 叶 型 叶 滤 机 流 程 图 如 图 6-6 所 示 加 压 振 打 过 滤 机 主 要 由 机 壳 滤 叶 起 盖 快 开 结 构 气 锤 输 液 泵 等 组 成 P1 110 悬 浮 液 V108 动 力 气 源 压 力 0.5MPa V101 S102 V104 P103 QG10 V107 V115 V109 G100 R123 SLJ12 动 力 气 源 压 力 0.8MPa 内 循 环 液 管 线 QG113 QG111 V114 QG115 V124 V112 P1 117 V116 S118 V119 V120 图 6-5 垂 直 槽 固 定 滤 叶 型 加 压 叶 滤 机 1. 快 开 顶 盖 2. 滤 叶 片 3. 滤 浆 入 口 4. 滤 液 排 出 口 5. 滤 饼 排 出 口 V121 V122 过 滤 清 液 出 口 外 循 环 液 出 口 图 6-6 振 打 卸 料 垂 直 槽 垂 直 滤 叶 型 叶 滤 机 流 程 图 G. 过 滤 机 P. 泵 V. 阀 门 S. 视 镜 QG. 气 缸 R. 软 管 P1. 压 力 显 示 (1) 机 壳 机 壳 由 筒 体 上 封 头 底 部 快 开 平 法 兰 等 组 成 筒 体 与 上 封 头 为 密 封 连 接, 由 上 下 法 兰 及 密 封 圈 通 过 手 轮 螺 母 与 螺 栓 压 紧 密 封 圈 来 实 现 密 封 的 底 部 快 开 平 法 兰 由 上 下 法 兰 及 密 封 圈 通 过 翻 转 气 缸 启 闭 及 旋 转 气 缸 锁 紧 来 实 现 密 封 整 个 机 壳 装 有 许 多 零 配 件, 顶 部 装 有 进 排 气 阀 压 力 表 及 安 全 阀, 筒 体 焊 有 进 出 液 管, 底 部 快 开 平 法 兰 有 出 液 管 金 属 软 管, 以 便 安 装 管 道 和 阀 门 以 及 其 它 零 件 等 (2) 滤 叶 滤 叶 是 过 滤 机 的 关 键 部 件, 由 框 架 滤 网 衬 网 压 板 垫 片 支 承 头 固 定 块 等 零 件 焊 接 和 组 装 的, 安 装 于 机 壳 内, 其 组 装 质 量 及 密 封 性 能 要 求 较 高

207 滤 叶 锁 紧 是 每 个 滤 叶 下 部 出 液 咀 及 形 密 封 圈 插 入 滤 液 集 中 出 液 管 内, 并 依 靠 每 个 滤 叶 上 部 U 形 块 及 振 打 中 心 轴 上 的 螺 母 进 行 锁 紧 来 固 定 滤 叶 (3) 起 盖 本 机 构 采 用 千 斤 顶 进 行 上 部 封 头 及 法 兰 起 盖 升 降 作 用, 并 能 作 旋 转 操 作 简 单 灵 活 (4) 快 开 结 构 本 机 采 用 气 动 快 开 实 现 底 部 法 兰 的 启 闭 功 能 有 翻 转 气 缸 旋 转 气 缸 气 动 执 行 元 件 及 锁 紧 圈 (5) 气 锤 过 滤 完 毕 后, 滤 渣 卸 除 通 过 气 锤 高 频 率 振 打, 使 滤 渣 脱 落 滤 叶 卸 料, 自 下 部 排 渣 (6) 输 液 泵 输 液 泵 是 用 来 提 供 原 液 和 预 涂 液, 流 量 8m 3 /h 左 右, 扬 程 40m~65m, 根 据 有 无 防 爆 要 求, 采 用 防 爆 或 非 防 爆 电 机 该 机 型 主 要 适 用 于 制 药 生 物 工 程 油 脂 化 工 等 工 业 液 体 脱 色 工 艺 过 程 及 其 它 液 体 过 滤 工 艺 过 程 脱 色 工 艺 过 程 一 般 采 用 活 性 炭 粉 末 或 活 性 白 土 粉 末 进 行 脱 色, 脱 色 完 毕 后, 将 活 性 炭 粉 末 或 活 性 白 土 粉 末 滤 除 该 机 也 可 用 于 其 它 采 用 助 滤 剂 或 不 采 用 助 滤 剂 的 液 体 过 滤 过 程 2. 冲 洗 卸 料 垂 直 槽 垂 直 滤 叶 型 叶 滤 机 该 机 型 通 过 在 密 闭 的 容 器 内, 垂 直 或 水 平 放 置 多 片 滤 叶 作 为 过 滤 元 件, 进 行 加 压 或 真 空 过 滤 根 据 过 滤 的 不 同 要 求, 有 时 还 要 在 滤 叶 上 预 敷 硅 藻 土 珍 珠 岩 等 助 滤 剂, 助 滤 剂 也 可 采 用 掺 浆 过 滤 的 方 法 加 入, 以 提 高 过 滤 效 率 采 取 冲 洗 方 式 卸 料, 一 般 是 正 清 洗 机 构, 也 可 根 据 要 求 实 现 反 冲 洗 及 反 吹 的 功 能, 且 操 作 简 单 方 便 洗 涤 效 果 好, 在 密 闭 的 条 件 下, 对 滤 饼 进 行 洗 涤, 以 回 收 有 用 的 物 料, 回 收 率 高 其 工 艺 流 程 如 图 6-7 所 示 该 机 型 广 泛 应 用 于 啤 酒 白 酒 葡 萄 酒 黄 酒 果 汁 饮 料 蜂 蜜 明 胶 溶 剂 脱 炭 以 及 其 它 类 似 液 体 的 过 滤 ( 三 ) 卧 式 滤 叶 型 压 滤 机 施 德 兰 叶 滤 机 是 一 种 卧 式 滤 叶 型 图 6-7 冲 洗 卸 料 垂 直 槽 垂 直 滤 叶 型 叶 滤 机 流 程 图 压 滤 机, 其 机 结 构 简 图 如 图 6-8 所 示 多 片 园 形 滤 叶 组 合 体 置 于 由 上 下 两 个 半 园 构 成 的 园 形 机 壳 内, 上 半 固 定, 下 半 用 铰 链 连 接 借 以 开 启 工 作 时, 上 下 两 半 用 螺 栓 紧 密 连 接 ; 原 液 由 入 口 1 泵 入, 经 各 滤 叶 的 滤 液 由 管 道 2 排 出, 滤 渣 在 滤 布 表 面 形 成 滤 饼 当 滤 饼 阻 碍 过 滤 时,

208 残 留 于 筒 内 的 原 液 即 由 排 出 口 3 排 出 欲 剥 除 滤 饼 时, 先 由 l 泵 入 洗 净 液, 而 后 打 开 下 半 机 壳, 滤 叶 及 饼 皆 露 出, 可 用 压 缩 空 气 蒸 汽 或 清 水 卸 除 滤 饼 并 用 水 洗 净 该 机 容 易 解 体, 用 少 量 洗 净 液 即 能 洗 净, 滤 布 损 耗 也 小 综 上, 叶 滤 机 的 共 同 优 点 是 : 灵 活 性 大, 节 省 劳 力, 而 且 单 位 体 积 过 滤 面 积 大, 生 产 能 力 高, 容 易 图 6-8 施 德 兰 叶 滤 机 洗 涤 且 效 果 好 其 缺 点 是 : 结 构 复 1. 液 入 口 2. 液 输 送 管 3. 液 出 口 4. 半 机 壳 杂 成 本 高 滤 饼 不 如 压 滤 机 干 燥 5. 上 半 机 壳 6. 手 轮 7. 滤 叶 会 出 现 滤 饼 不 均 匀 现 象 叶 滤 机 适 宜 过 滤 周 期 长, 滤 浆 特 性 稳 定 的 过 滤 操 作 五 真 空 过 滤 机 真 空 过 滤 机 以 抽 真 空 为 推 动 力, 其 过 滤 介 质 的 上 游 压 力 为 大 气 压, 下 游 为 负 压 推 动 力 仅 限 制 在 1 个 大 气 压 之 下, 所 以 一 般 均 为 连 续 式 操 作, 是 一 种 连 续 性 生 产 和 机 械 化 程 度 较 高 的 过 滤 设 备 以 下 介 绍 两 种 真 空 过 滤 机 : ( 一 ) 转 鼓 真 空 过 滤 机 图 6-9 为 该 机 的 操 作 原 理 图 其 主 要 构 件 为 一 低 速 旋 转 的 转 鼓, 表 面 用 多 孔 板 或 特 殊 的 排 水 构 件 构 成, 滤 布 覆 盖 其 上 转 鼓 内 腔 被 隔 成 若 干 个 扇 形 格 室, 每 个 格 室 有 吸 管 与 空 心 轴 内 的 孔 道 相 通, 而 孔 道 沿 轴 向 通 往 轴 端 的 旋 转 控 制 阀 转 鼓 内 腔 借 控 制 阀 分 别 与 真 空 管 路 洗 液 贮 槽 及 压 缩 空 气 管 路 相 通 当 工 作 时, 转 鼓 表 面 即 形 成 过 滤 区 第 一 脱 水 区 洗 涤 区 第 二 脱 水 区 卸 料 区 和 滤 布 再 生 区 六 个 工 作 区, 使 过 滤 操 作 循 序 进 行 转 鼓 真 空 过 滤 机 适 宜 于 过 滤 悬 浮 液 中 颗 粒 度 中 等, 粘 度 不 太 大 的 物 料 操 作 过 程 中, 可 用 调 节 转 C V C V 图 6-9 转 鼓 真 空 过 滤 机 操 作 原 理 图 1. 转 鼓 2. 搅 拌 3. 滤 浆 槽 4. 控 制 阀 5. 喷 头 Ⅰ. 过 滤 区 Ⅱ. 第 一 脱 水 区 Ⅲ. 洗 涤 区 Ⅳ. 第 二 脱 水 区 Ⅴ. 卸 料 区 Ⅵ. 滤 布 再 生 区 V. 与 真 空 相 通 C. 与 压 缩 空 气 相 通 鼓 转 速 来 控 制 滤 饼 厚 度 和 洗 涤 效 果, 而 且 滤 布 损 耗 要 少 但 过 滤 推 动 力 小 设 备 费 用 高 是 其 主 要 缺 点 ( 二 ) 转 盘 真 空 过 滤 机 图 6-10 为 该 机 的 简 图 它 由 一 组 安 装 在 水 平 转 轴 上 并 随 轴 旋 转 的 滤 盘 ( 转 盘 ) 构 成

209 其 结 构 和 操 作 原 理 与 转 鼓 真 空 过 滤 机 相 同 滤 盘 的 各 个 扇 形 格 室 有 管 道 与 空 心 轴 的 孔 道 相 通, 当 各 滤 盘 联 结 在 一 起 时, 各 滤 盘 的 同 相 位 扇 区 格 室 形 成 连 通 孔 道, 并 与 轴 端 的 旋 转 控 制 阀 相 连 转 盘 内 腔 借 控 制 阀 分 别 与 真 空 管 道 洗 液 贮 槽 及 压 缩 空 气 管 路 相 通, 使 转 盘 在 转 动 时 表 面 形 成 吸 附 洗 涤 脱 水 和 卸 料 的 循 序 工 作 过 程 每 一 转 盘 相 当 一 个 转 鼓, 各 有 其 滤 饼 卸 料 装 置, 卸 料 较 困 难 4 转 盘 真 空 过 滤 机 的 优 点 是 : 过 滤 面 积 非 常 大 ; 与 其 他 过 滤 机 比 较, 单 位 过 滤 面 积 占 地 面 积 小 ; 滤 布 更 换 容 易 且 耗 量 少 ; 能 耗 低 其 缺 点 是 滤 饼 洗 涤 不 良, 洗 涤 水 易 与 悬 浮 液 在 滤 槽 中 相 混 第 三 节 压 榨 设 备 图 6-10 转 盘 真 空 过 滤 机 1. 料 槽 2. 刮 刀 3. 转 盘 4. 金 属 丝 网 5. 腔 制 阀 压 榨 是 通 过 机 械 压 缩 力 将 液 相 从 液 固 两 相 混 合 物 中 分 离 出 来 的 一 种 单 元 操 作, 在 压 榨 过 程 中 液 相 流 出 而 固 相 截 留 在 压 榨 面 之 间 压 榨 过 程 主 要 包 括 加 料 压 榨 卸 渣 等 工 序 有 时, 由 于 进 料 状 态 要 求 或 为 了 提 高 压 榨 效 率, 需 对 物 料 进 行 必 要 的 预 处 理, 如 破 碎 热 烫 打 浆 等 压 榨 设 备 按 操 作 方 式 有 间 歇 式 和 连 续 式 两 类 在 食 品 工 业 上, 压 榨 主 要 用 于 从 水 果 蔬 菜 中 榨 取 果 蔬 汁 从 油 料 作 物 中 榨 取 油 脂 等 一 间 歇 式 压 榨 机 间 歇 式 压 榨 机 的 加 料 压 榨 卸 料 等 操 作 工 序 均 是 间 歇 进 行 的 这 些 设 备 由 于 具 有 结 构 简 单 安 装 费 用 低 操 作 压 力 易 控 制 能 满 足 压 榨 过 程 中 压 力 由 小 到 大 逐 渐 增 加 的 工 艺 要 求 等 优 点, 适 用 于 小 规 模 生 产 或 传 统 产 品 的 生 产 间 歇 式 压 榨 机 有 多 种 形 式, 根 据 施 压 的 方 式 可 分 为 机 械 螺 杆 型 液 压 型 和 气 压 型 三 类 简 单 的 手 动 压 榨 机 多 数 为 机 械 螺 杆 型, 工 业 化 大 生 产 用 的 机 械 多 为 液 压 型 和 气 压 型 ( 一 ) 液 压 压 榨 机 液 压 压 榨 机 的 压 榨 部 件 有 箱 式 板 式 筐 式 笼 式 爪 杯 式 和 缸 式 等 形 式 其 目 的 都 在 于 使 物 料 受 压 均 匀 汁 液 易 于 流 出 装 卸 料 操 作 方 便 等 1. 笼 式 压 榨 机 笼 式 压 榨 机 由 机 械 和 液 压 两 大 系 统 组 成, 如 图 6-11 所 示 在 液 压 系 统 驱 动 下, 活 塞 8 上 下 移 动 时, 带 动 托 盘 7 和 压 榨 网 桶 4 与 固 定 压 头 2 做 相 对 移 动, 对 物 料 施 加 压 力 将 汁 液 榨 出, 榨 出 的 汁 液 经 网 桶 孔 眼 流 入 盛 汁 盘 后 送 入 下 道 过 滤 工 序 工 作 时 物 料 装 入 料 桶 放 入 托 盘 与 压 头 2 对 准 后, 开 启 换 向 图 6-11 阀 10 使 压 力 油 经 节 流 阀 11 和 电 磁 换 向 阀 10 的 左 阀 芯 孔, 再 经 过 管 道 α 进 入 油 缸 9 下 腔 在 油 压 作 用 下 使 活 塞 8 经 活 塞 杆 和 托 盘 7 推 动 网 桶 4 上 升, 使 压 头 2 对 物 料 加 压, 榨 出 的 汁 位 经 料 桶 孔 眼 流 入 盛 汁 盘 当 活 塞 上 升 榨 汁 压 力 达 最 大 值 时, 进 入 保

210 压 压 榨 阶 段, 此 时 依 靠 溢 流 阀 12 的 自 动 调 节 稳 定 保 压 压 力, 使 所 榨 汁 液 有 足 够 的 时 间 从 料 桶 中 排 出 桶 外 到 预 定 保 压 时 间 后, 按 照 相 反 的 油 路 卸 压 出 渣, 进 入 下 一 个 循 环 液 压 压 榨 机 的 工 作 压 力 大, 工 作 平 稳, 生 产 能 力 大, 劳 动 强 度 小, 加 压 保 压 卸 压 可 自 动 完 成 2. 切 半 锥 汁 机 对 于 柑 橘 类 水 果, 榨 汁 时 为 了 避 免 存 在 于 柑 橘 皮 和 籽 中 的 苦 味 物 质 进 入 果 汁 中, 一 般 采 用 切 半 锥 汁 机 切 半 锥 汁 机 又 叫 旋 转 剖 分 式 榨 汁 机, 由 锥 汁 头 锥 碗 锥 碗 转 鼓 倾 斜 进 料 槽 刀 架 及 切 刀 挡 板 挡 汁 板 接 汁 槽 出 渣 栏 等 组 成 柑 橘 进 入 摆 动 的 倾 斜 进 料 槽, 在 前 后 两 块 挡 板 作 用 下, 沿 斜 槽 进 入 刀 架 的 托 叉 处, 被 锥 碗 转 鼓 托 起, 同 时 被 固 定 的 切 刀 切 分 为 两 半, 分 别 倾 倒 入 两 侧 的 锥 碗 中 当 转 到 一 定 位 置 时, 由 凸 轮 控 制 并 作 旋 转 的 锥 汁 头 压 入 锥 碗, 锥 汁 后 迅 速 退 出 压 榨 出 的 果 汁 经 接 汁 槽 流 出 果 皮 由 锥 碗 转 鼓 带 至 机 架 下 输 出 3. 爪 杯 式 压 榨 机 爪 杯 式 压 榨 机 的 工 作 原 理 如 图 6-12 所 示 主 要 工 作 部 件 是 一 对 大 小 和 形 状 相 同 的 挤 压 杯 上 下 挤 压 杯 由 许 多 爪 子 组 成 柑 橘 被 送 入 下 杯 后, 上 杯 下 降, 上 下 杯 的 爪 子 吻 合 织 成 网 眼 通 孔 管 在 上 杯 下 降 时 将 柑 橘 切 穿, 汁 液 开 始 流 图 6-12 出, 刀 管 继 续 上 升 将 汁 液 全 部 吸 出 果 皮 此 时 被 推 入 斜 盘 分 开, 进 入 后 续 提 取 皮 油 处 理 工 序 其 榨 汁 的 工 序 如 图 6-12(a) (b) 和 (c) 所 示 爪 杯 式 压 榨 机 可 以 被 用 于 柑 橘 类 水 果 全 果 榨 汁, 柑 橘 不 经 破 碎 或 打 浆, 而 是 直 接 压 榨 4. 卧 蓝 式 压 榨 机 卧 篮 式 压 榨 机 最 初 是 瑞 士 布 赫 公 司 用 来 生 产 苹 果 汁 的 专 用 设 备, 所 以 也 被 称 为 布 赫 (Bucher) 榨 汁 机 最 大 加 工 苹 果 原 料 能 力 810t/h, 出 汁 率 82%-84%, 设 备 功 率 24.7kW, 活 塞 行 程 1480mm 布 赫 榨 汁 机 的 结 构 如 图 6-13 所 示, 主 要 构 成 部 件 有 静 压 盘 动 压 盘 导 柱 压 榨 筒 榨 筒 移 动 油 缸 尼 龙 滤 绳 组 合 体 等, 关 键 部 件 是 可 获 得 低 混 浊 天 然 纯 果 汁 的 尼 龙 滤 绳 组 合 体 圆 盘 型 静 动 压 盘 之 间 安 装 有 数 百 根 外 花 键 型 尼 龙 绳, 其 表 面 缠 有 滤 网 导 柱 7 用 两 端 螺 纹 将 静 压 盘 11 和 油 缸 支 架 5 连 成 一 体, 油 缸 4 能 使 压 榨 筒 8 沿 导 柱 7 左 右 移 动 动 压 盘 6 由 活 塞 3 驱 动 在 压 榨 筒 8 内 左 右 移 动, 并 能 相 对 压 榨 筒 转 动, 由 于 压 盘 的 挤 压 和 相 对 转 动 时, 尼 龙 滤 绳 的 拧 绞 作 用 对 进 入 压 榨 筒 的 物 料 压 榨 油 缸 支 架 5 由 链 传 动 带 动, 转 动 时 通 过 导 柱 7 使 整 个 榨 机 绕 自 身 轴 做 往 复 回 转 布 赫 榨 汁 机 的 主 要 工 序 ( 如 图 6-14) 如 下 :1 装 料 : 通 过 一 次 性 或 多 次 性 装 料 可 以 优 化 装 料 过 程 ;2 压 榨 : 可 根 据 原 料 情 况 调 整 压 榨 的 各 种 参 数 ;3 二 次 压 榨 : 在 压 榨 后 的 果 渣 中 加 水, 进 行 浸 提 后 再 次 压 榨, 用 以 提 高 出 汁 率 ;4 排 渣 : 通 过 选 择 一 次 性 或 多 次 性 排 渣 程 序 可 以 提 高 整 体 榨 汁 能 力 ;5 清 洗 : 在 经 过 多 次 榨 汁 循 环 后 可 采 用 就 地 清 洗 方 式 对 榨 汁 机 清 洗, 以 保 持 系 统 卫 生, 避 免 微 生 物 的 污 染 布 赫 榨 汁 机 适 合 于 仁 果 类 核 果 类 浆 果 类 和 蔬 菜 类 等 多 品 种 果 蔬 品 种 的 榨 汁

211 图 6-13 图 6-14 ( 三 ) 气 囊 压 榨 机 气 囊 压 榨 机 如 图 6-15, 其 基 本 结 构 由 一 个 用 滤 布 作 衬 里 的 圆 筒 筛 和 筒 中 的 一 个 橡 皮 气 囊 组 成 分 立 式 和 卧 式 两 种 工 作 时 把 待 压 榨 的 物 料 装 入 筒 内, 向 橡 皮 气 囊 充 入 压 缩 空 气 使 其 胀 起, 给 夹 在 气 囊 与 圆 筒 筛 之 间 的 物 料 施 加 压 力, 将 汁 液 榨 出 橡 皮 气 囊 充 气 的 最 大 压 力 可 达 0.6MPa 这 类 压 榨 机 一 般 用 于 榨 取 果 汁 二 连 续 式 压 榨 机 图 6-15 连 续 式 压 榨 机 的 加 料 压 榨 卸 料 等 操 作 工 序 均 是 连 续 进 行 的 连 续 式 压 榨 机 的 主 要 型 式 有 锥 盘 式 螺 旋 式 辗 式 和 带 式, 连 续 压 榨 机 可 适 用 于 不 同 生 产 规 模 的 需 要 1. 锥 盘 式 榨 汁 机 锥 盘 式 榨 汁 机 是 结 构 比 较 简 单 的 一 种 连 续 式 榨 汁 机, 由 料 斗 机 座 大 小 锥 盘 刮 渣 装 置 传 动 系 统 以 及 无 级 变 速 装 置 等 组 成, 其 结 构 如 图 6-16 所 示 当 锥 盘 式 榨 汁 机 工 作 时, 支 承 在 两 根 相 交 轴 上 的 锥 盘 绕 各 自 的 轴 同 向 转 动 由 于 锥 盘 和

212 两 相 交 轴 与 水 平 位 置 间 存 在 一 个 夹 角, 使 得 两 锥 盘 间 的 容 积 从 大 到 小, 再 从 小 到 大 不 断 变 化, 物 料 在 两 锥 盘 间 受 到 挤 压, 果 汁 从 锥 盘 上 的 滤 网 和 出 汁 孔 流 出, 收 集 在 储 汁 槽 中 压 榨 完 毕 后, 果 渣 由 刮 渣 装 置 刮 下, 经 出 渣 口 排 出 机 外 锥 盘 式 榨 汁 机 可 以 用 于 各 种 果 实 的 榨 汁 其 榨 汁 效 果 好, 可 反 复 对 水 果 进 行 榨 汁 2. 螺 旋 压 榨 机 螺 旋 压 榨 机 外 形 尺 寸 小, 压 缩 比 大, 榨 汁 效 率 高, 操 作 方 便, 其 结 构 如 图 6-17 所 示 螺 旋 压 榨 机 的 主 要 部 件 为 不 锈 钢 加 工 制 成 的 螺 旋 杆 螺 旋 杆 的 直 径 由 进 端 到 出 端 由 小 到 大, 螺 旋 逐 渐 减 小 所 以, 螺 旋 杆 与 圆 筒 筛 间 所 夹 的 容 积 逐 渐 减 小 当 工 作 时, 水 果 由 进 端 到 出 端 的 行 进 过 程 中, 所 受 压 力 逐 渐 增 大, 容 积 逐 渐 减 小, 将 果 浆 压 榨 出 来 圆 筒 筛 网 由 图 6-16 两 个 半 圆 组 成, 外 面 有 两 个 半 圆 形 加 强 架, 通 过 螺 旋 紧 固 成 一 体 螺 旋 杆 终 端 为 锥 形, 与 其 配 合 的 内 锥 向 对 应, 废 渣 从 两 个 锥 形 环 状 间 隙 中 排 出 螺 旋 压 榨 机 适 用 于 葡 萄 番 茄 和 浆 果 类 的 榨 汁, 可 以 根 据 物 料 的 不 同 调 整 螺 旋 与 滚 筒 之 间 的 间 隙 2. 带 式 压 榨 机 带 式 压 榨 机 比 较 有 代 表 的 是 Flottweg 带 式 压 榨 机 和 Bellmer 榨 汁 机 Flottweg 带 式 压 榨 机 原 理 如 图 6-18 所 示 该 机 主 要 由 喂 料 盒 上 下 压 榨 网 带 一 组 压 辊 高 压 冲 洗 图 6-17 喷 嘴 导 向 张 紧 辊 汁 液 收 集 槽 机 架 传 动 部 分 以 及 控 制 部 分 等 组 成 所 有 压 辊 均 安 装 在 机 架 上, 一 系 列 压 辊 驱 动 网 带 运 行 的 同 时, 从 径 向 给 网 带 施 加 压 力 使 夹 在 两 网 带 之 间 的 待 榨 物 料 受 压 而 将 汁 液 榨 出 工 作 时, 经 破 碎 待 压 榨 的 固 液 混 合 物 从 喂 料 盒 中 连 续 均 匀 地 送 入 下 网 带 和 上 网 带 之 间, 被 两 网 带 夹 着 向 前 移 动, 在 下 弯 的 楔 形 区 域, 大 量 汁 液 被 缓 缓 压 出, 形 成 可 压 榨 的 滤 饼 当 进 入 压 榨 区 后, 由 于 网 带 的 张 力 和 带 L 形 压 条 的 压 辊 的 作 用 将 汁 液 进 一 步 压 出, 汇 集 于 汁 液 收 集 槽 中 以 后 十 个 辊 的 直 径 递 减, 使 两 网 带 间 的 滤 饼 所 受 的 表 面 压 力 与 剪 力 递 增, 保 证 了 最 佳 的 榨 汁 效 果 图 6-18

213 为 了 进 一 步 提 高 榨 汁 率, 该 设 备 在 末 端 设 置 了 两 个 增 压 辊, 以 增 加 线 性 压 力 与 周 边 压 力 榨 汁 后 的 滤 饼 由 耐 磨 塑 料 刮 板 刮 下 从 右 端 出 渣 口 排 出 为 保 证 榨 出 汁 液 能 顺 利 排 出, 设 置 两 个 高 压 喷 嘴 对 网 带 进 行 冲 洗 该 机 的 特 点 是 逐 渐 升 高 的 表 面 压 力, 可 使 汁 液 连 续 榨 出, 出 汁 率 高, 果 渣 含 汁 率 低, 清 洗 方 便 但 其 缺 点 是 压 榨 中 汁 液 全 部 与 大 气 接 触, 所 以 对 车 间 环 境 卫 生 要 求 较 严 第 四 节 离 心 机 械 一 离 心 分 离 原 理 与 分 类 ( 一 ) 原 理 与 应 用 离 心 机 是 利 用 惯 性 离 心 力 进 行 固 - 液 液 - 液 或 液 - 液 - 固 相 离 心 分 离 的 机 械 离 心 机 的 主 要 部 件 是 安 装 在 竖 直 或 水 平 轴 上 的 快 速 旋 转 的 转 鼓 鼓 壁 上 有 的 有 孔, 有 的 无 孔 料 浆 送 入 转 鼓 内 随 鼓 旋 转, 在 惯 性 离 心 力 的 作 用 下 实 现 分 离 在 有 孔 的 鼓 内 壁 面 覆 以 滤 布, 则 流 体 甩 出 而 颗 粒 被 截 留 在 鼓 内, 称 为 离 心 过 滤 对 于 鼓 壁 上 无 孔, 且 分 离 的 是 悬 浮 液, 则 密 度 较 大 的 颗 粒 沉 于 鼓 壁, 而 密 度 较 小 的 流 体 集 中 于 中 央 并 不 断 引 出, 称 为 离 心 沉 降 对 于 鼓 壁 上 无 孔 且 分 离 的 是 浮 浊 液, 则 两 种 液 体 按 轻 重 分 层, 重 者 在 外, 轻 者 在 内, 各 自 从 适 当 位 置 引 出, 称 为 离 心 分 离 分 离 因 数 是 用 来 表 示 离 心 机 分 离 性 能 的 主 要 指 标, 其 定 义 是 物 料 所 受 的 离 心 力 与 重 力 之 比 值, 也 等 于 离 心 加 速 度 与 重 力 加 速 度 之 比 值 即 K C =Rω 2 /g 式 中 K C : 分 离 因 数,R: 转 鼓 半 径 ;ω: 转 鼓 回 转 角 速 度 ;g: 重 力 加 速 度 离 心 机 的 分 离 因 数 由 几 百 到 几 万, 也 就 是 说 离 心 分 离 的 推 动 力 离 心 力 为 重 力 的 几 百 倍 到 几 万 倍 分 离 因 数 的 大 小, 要 根 据 不 同 的 分 离 物 料 性 质 和 不 同 的 分 离 要 求 来 选 取 离 心 机 在 食 品 工 业 中 应 用 较 多, 如 制 糖 工 业 的 砂 糖 糖 蜜 分 离, 牛 奶 分 离, 制 盐 工 业 的 晶 盐 脱 卤, 淀 粉 工 业 的 淀 粉 与 蛋 白 质 分 离, 油 脂 工 业 的 食 油 精 制, 以 及 啤 酒 果 汁 饮 料 的 澄 清, 味 精 橘 油 酵 母 分 离 淀 粉 脱 水 脱 水 蔬 菜 制 造 的 预 脱 水 过 程, 回 收 植 物 蛋 白, 糖 类 结 晶, 食 品 的 精 制 等 都 使 用 离 心 机 ( 二 ) 离 心 机 的 分 类 1. 按 离 心 分 离 因 数 大 小 分 类 (1) 常 速 离 心 机 K C <3000, 主 要 用 于 分 离 颗 粒 不 大 的 悬 浮 液 和 物 料 的 脱 水 (2) 高 速 离 心 机 50000>K C >3000, 主 要 用 于 分 离 乳 状 和 细 粒 悬 浮 液 (3) 超 高 速 离 心 机 K C >50000, 主 要 用 于 分 离 极 不 易 分 离 的 超 微 细 粒 的 悬 浮 系 统 和 高 分 子 的 胶 体 悬 浮 液 2. 按 操 作 原 理 分 类 (1) 过 滤 式 离 心 机 此 机 的 鼓 壁 上 有 孔, 它 是 借 离 心 力 作 用 实 现 过 滤 分 离, 其 转 速 一 般 在 1000~1500r/min 范 围, 分 离 因 数 不 大, 适 用 于 易 过 滤 的 晶 体 悬 浮 液 和 较 大 颗 粒 悬 浮 液 的 分 离 和 物 料 脱 水 (2) 沉 降 式 过 滤 机 其 鼓 壁 上 无 孔, 但 也 是 借 离 心 力 作 用 来 实 现 沉 降 分 离 的 在 食 品 加 工 中, 主 要 是 用 于 回 收 动 植 物 蛋 白 分 离 可 可 咖 啡 茶 等 的 滤 浆 及 鱼 油 去 杂 和 鱼 油 的 制 取 中 它 的 典 型 设 备 有 螺 旋 卸 料 沉 降 式, 常 用 于 分 离 不 易 过 滤 的 悬 浮 液 (3) 分 离 式 离 心 机 其 鼓 上 也 无 孔, 但 转 速 极 大, 约 4000r/min 以 上, 分 离 因 数 3000 以 上, 主 要 用 于 乳 浊 液 的 分 离 和 悬 浮 液 的 增 浓 或 澄 清 3. 按 操 作 方 式 分 类 按 操 作 方 式 分 为 : 间 歇 式 离 心 机 连 续 式 离 心 机

214 4. 按 卸 料 方 式 分 类 按 卸 料 方 式 分 为 : 人 工 卸 料 离 心 机 重 力 卸 料 离 心 机 刮 刀 卸 料 离 心 机 活 塞 卸 料 离 心 机 螺 旋 卸 料 离 心 机 离 心 卸 料 离 心 机 振 动 卸 料 离 心 机 进 动 卸 料 离 心 机 5. 按 转 鼓 主 轴 位 置 分 类 按 转 鼓 主 轴 位 置 分 为 : 卧 式 离 心 机 立 式 离 心 机 6. 按 转 鼓 内 流 体 和 沉 渣 的 运 动 方 向 分 类 按 转 鼓 内 流 体 和 沉 渣 的 运 动 方 向 分 为 : 逆 流 式 并 流 式 7. 按 分 离 工 艺 操 作 条 件 分 类 按 分 离 工 艺 操 作 条 件 分 为 : 常 用 型 密 闭 防 爆 型 二 卧 式 离 心 机 ( 一 ) 卧 式 螺 旋 卸 料 过 滤 离 心 机 卧 式 螺 旋 卸 料 过 滤 离 心 机 能 在 全 速 下 实 现 进 料 分 离 洗 涤 卸 料 等 工 序, 是 连 续 卸 料 的 过 滤 式 离 心 机 其 结 构 图 如 图 6-19 所 示 圆 锥 转 鼓 9 和 螺 旋 推 料 器 10 分 别 与 驱 动 的 差 速 器 轴 端 连 接, 两 者 以 高 速 同 一 方 向 旋 转, 保 持 一 个 微 小 的 转 速 差 悬 浮 液 由 进 料 管 11 输 入 螺 旋 推 料 器 内 腔, 并 通 过 内 腔 料 口 喷 铺 在 转 鼓 内 衬 筛 网 板 上, 在 离 心 力 作 用 下, 悬 浮 液 中 液 相 通 过 筛 网 孔 隙 转 鼓 孔 被 收 集 在 机 壳 内, 从 滤 液 口 排 除 机 外, 滤 饼 在 筛 网 滞 留 在 差 速 器 的 作 用 下, 滤 饼 由 小 直 径 处 滑 向 大 端, 随 转 鼓 直 径 增 大, 离 心 力 递 增, 滤 饼 加 快 脱 水, 直 到 推 出 转 鼓 图 6-19 卧 式 螺 旋 卸 料 过 滤 离 心 机 1. 出 料 斗 2. 排 液 口 3. 壳 体 4. 防 振 垫 5. 机 座 ( 底 座 ) 6. 防 护 罩 该 机 型 带 有 过 滤 型 锥 形 7. 差 速 器 8. 箱 体 9. 圆 锥 转 鼓 10. 螺 旋 推 料 器 11. 洗 涤 进 料 管 转 鼓, 利 用 差 速 器 调 节 螺 旋 推 料 器 的 转 速, 以 控 制 卸 料 速 度, 并 有 过 载 保 护 装 置, 可 实 现 无 人 安 全 操 作 该 机 型 运 转 平 稳, 噪 声 低, 操 作 和 维 护 方 便, 与 物 料 接 触 零 件 均 采 用 耐 腐 蚀 不 锈 钢 制 造, 适 用 于 腐 蚀 介 质 的 物 料 处 理 ( 二 ) 卧 式 螺 旋 卸 料 沉 降 离 心 机 卧 式 螺 旋 卸 料 沉 降 离 心 机 是 用 离 心 沉 降 的 方 式 分 离 悬 浮 液, 以 螺 旋 卸 除 物 料 的 离 心 机 其 结 构 图 如 图 6-20 所 示

215 图 6-20 卧 式 螺 旋 卸 料 沉 降 离 心 机 1. 差 速 器 2. 主 轴 承 3. 油 封 1 4. 左 右 铜 轴 瓦 5. 油 封 2 6. 外 壳 7. 螺 旋 8. 转 鼓 9. 油 封 转 承 11. 油 封 进 料 管 该 机 在 高 速 旋 转 的 无 孔 转 鼓 8 内 有 同 心 安 装 的 输 料 螺 旋 7, 二 者 以 一 定 的 差 速 同 向 旋 转, 该 转 速 差 由 差 速 器 1 产 生 悬 浮 液 经 中 心 的 加 料 管 12 加 入 螺 旋 内 筒, 初 步 加 速 后 进 入 转 鼓, 在 离 心 力 作 用 下, 较 重 的 固 相 沉 积 在 转 鼓 壁 上 形 成 沉 渣 层, 由 螺 旋 推 至 转 鼓 锥 段 进 一 步 脱 水 后 经 小 端 出 渣 口 排 出 ; 而 较 轻 的 液 相 则 形 成 内 层 液 环 由 大 端 溢 流 口 排 出 它 在 全 速 运 转 下 连 续 进 料 分 离 和 卸 料, 适 用 于 含 固 相 ( 颗 粒 粒 度 0.005~2mm) 浓 度 2%~40% 悬 浮 液 的 固 液 分 离 粒 度 分 级 液 体 澄 清 等 具 有 连 续 操 作 处 理 能 力 大 单 位 耗 电 量 小 结 构 紧 凑 维 修 方 便 等 优 点 尤 其 适 合 过 滤 布 再 生 有 困 难, 以 及 浓 度 粒 度 变 化 范 围 较 大 的 悬 浮 液 的 分 离 该 机 符 合 GMP 规 范 设 计 ( 三 ) 卧 式 离 心 卸 料 离 心 机 图 6-21 卧 式 离 心 卸 料 离 心 机 卧 式 离 心 卸 料 离 心 机 为 连 续 操 作 自 动 1. 视 镜 2. 前 机 壳 3. 转 鼓 4. 中 间 机 座 卸 料 的 过 滤 式 离 心 机, 加 料 分 离 卸 料 等 5. 轴 承 座 6. 注 油 孔 7. 主 轴 8. 底 座 工 序 均 在 全 速 运 转 下 连 续 进 行, 故 分 离 效 率 高, 生 产 能 力 大, 其 结 构 图 如 图 6-21 所 示 电 动 机 带 动 锥 形 转 鼓 高 速 旋 转, 悬 浮 液 由 进 料 管 引 入, 在 转 鼓 底 经 加 速 后 均 布 于 转 鼓 小 端 滤 网 上, 液 体 经 滤 网 和 鼓 壁 滤 孔 排 出, 固 体 颗 粒 在 滤 网 上 形 成 滤 渣, 滤 渣 受 离 心 力 在 锥 面 分 力 作 用 下 向 转 鼓 大 端 滑 动, 最 后 排 出 转 鼓 适 合 分 离 含 固 相 ( 结 晶 状 无 定 形 或 短 纤 维 状 ) 浓 度 40%~80%, 粒 度 范 围 0.25~10 毫 米 的 悬 浮 液 该 机 符 合 GMP 规 范 设 计 ( 四 ) 刮 刀 卸 料 离 心 机

216 刮 刀 卸 料 离 心 机 是 一 种 连 续 运 转, 循 环 实 现 进 料 分 离 洗 涤 脱 水 卸 料 洗 网 等 工 序 的 过 滤 式 离 心 机 在 全 速 运 转 下, 各 工 序 均 能 实 现 全 自 动 或 半 自 动 控 制 其 结 构 图 如 图 6-22 所 示 启 动 控 制, 空 转 鼓 全 速 运 转, 进 料 阀 自 动 开 启, 悬 浮 液 沿 进 料 管 进 入 全 速 转 鼓 内 在 离 心 力 作 用 下, 大 部 分 液 体 经 滤 网 衬 网 及 转 鼓 上 的 小 孔 被 甩 出, 经 机 壳 排 液 阀 排 出 机 外, 固 体 则 留 在 转 鼓 内 进 料 阀 经 一 定 时 间 自 动 关 闭, 进 料 停 止, 固 相 在 转 鼓 内 被 甩 干 需 要 洗 涤 的 物 料 可 进 行 洗 涤 刮 刀 自 动 旋 转, 将 固 相 经 接 料 斗 排 出 机 外 然 后 自 动 洗 网, 开 始 下 一 个 循 环 该 机 型 的 工 作 原 理 如 图 6-23 所 示 图 6-22 刮 刀 卸 料 离 心 机 1. 反 冲 装 置 2. 门 盖 组 件 3. 机 体 组 件 4. 转 鼓 组 件 5. 虹 吸 管 机 构 6. 轴 承 箱 7. 制 动 器 组 件 8. 机 座 图 6-23 刮 刀 卸 料 离 心 机 工 作 原 理 图 1. 悬 浮 液 入 口 2. 分 离 液 出 口 3. 刮 刀 4. 虹 吸 管 5. 主 轴 6. 反 冲 管 7. 内 转 鼓 8. 外 转 鼓 9. 滤 渣 出 口 10. 反 冲 水 入 口 11. 虹 吸 室 12. 洗 涤 液 入 口 三 立 式 离 心 机 ( 一 ) 自 动 排 出 式 图 6-24 为 该 机 结 构 简 图 锥 形 蓝 子 周 围 设 有 蓝 网, 原 液 由 上 方 流 入, 蓝 子 带 动 原 液 高 速 回 转, 滤 液 在 离 心 力 作 用 下 穿 过 蓝 网 由 下 部 排 出 而 固 形 物 则 附 着 在 蓝 网 表 面, 同 时 沿 锥 面 不 断 向 上 推 移, 由 上 部 落 下 自 动 排 出 机 外 该 机 可 用 于 水 果 蔬 菜 榨 汁, 回 收 植 物 蛋 白 及 冷 冻 浓 缩 的 冰 晶 分 离 等, 也 可 用 于 糖 类 结 晶 食 品 的 精 制 及 脱 水 蔬 菜 制 造 的 预 脱 水 过 程 ( 二 ) 振 动 式 图 6-25 为 该 机 结 构 简 图 它 由 固 定 槽 回 转 蓝 驱 动 轴 曲 柄 轴 及 机 架 等 构 成 工 作 时, 原 液 由 上 方 进 入, 回 转 蓝 以 高 速 旋 转, 并 利 用 曲 柄 轴 的 作 用 同 时 沿 垂 直 方 向 振 动 在 离 心 力 作 用 下, 滤 液 穿 过 蓝 网 飞 散 过 滤, 并 由 下 部 排 出 而 固 形 物 则 紧 贴 网 蓝 向 上 移 动 并 由 上 部 排 出 机 外

217 原 料 入 口 原 液 入 口 1 固 形 物 出 口 滤 液 出 口 3 3 固 形 物 出 口 滤 液 出 口 4 图 6-24 立 式 连 续 离 心 卸 料 离 心 机 ( 自 动 排 出 式 ) 1. 固 定 槽 2. 回 转 蓝 3. 驱 动 轴 图 6-25 立 式 连 续 离 心 卸 料 离 心 机 ( 振 动 式 ) 1. 固 定 槽 2. 回 转 蓝 3. 驱 动 轴 4. 曲 柄 轴 ( 三 ) 三 足 式 吊 袋 上 卸 料 离 心 机 三 足 式 吊 袋 卸 料 过 滤 离 心 机 的 结 构 如 图 6-26 所 示 工 作 时, 待 分 离 的 物 料 经 进 料 管 进 入 高 速 旋 转 的 离 心 机 转 鼓 内, 在 离 心 机 力 场 的 作 用 下, 物 料 通 过 滤 布 ( 滤 网 ) 实 现 过 滤 液 相 经 出 液 管 排 出, 固 相 则 截 留 在 转 鼓 内, 待 转 鼓 内 滤 饼 达 到 机 器 规 定 的 装 料 量 时, 停 止 装 料, 对 滤 饼 进 行 洗 涤, 5 同 时 将 洗 涤 液 滤 出 达 到 分 离 要 求 后, 停 机 由 专 用 的 吊 具 将 滤 袋 同 滤 饼 一 起 吊 出 至 指 定 卸 料 处, 打 开 卸 料 口, 将 滤 饼 卸 出, 图 6-26 三 足 式 吊 袋 上 卸 料 离 心 机 1. 进 料 管 2. 滤 饼 洗 涤 液 进 入 管 3. 滤 袋 4. 离 心 机 转 鼓 然 后 将 滤 袋 复 位, 进 入 待 机 状 态 5. 出 液 管 该 机 型 的 工 作 原 理 如 图 6-27 所 示 ( 四 ) 三 足 式 刮 刀 下 卸 料 自 动 离 心 机 三 足 式 刮 刀 下 部 卸 料 间 歇 操 作 程 序 控 制 的 过 滤 式 自 动 离 心 机 可 按 使 用 要 求 设 定 程 序, 由 液 压 电 气 控 制 系 统 自 动 完 成 进 料 分 离 洗 涤 脱 水 卸 料 等 工 序, 可 实 现 远 近 距 离 操 作 其 结 构 如 图 6-28 所 示 调 速 电 动 机 带 动 转 鼓 中 速 旋 转, 进 料 阀 开 启 将 物 料 由 进 料 管 加 入 转 鼓, 经 布 料 盘 均 匀 洒 布 到 鼓 壁, 进 料 达 到 预 定 容 积 后 停 止 进 料, 转 鼓 升 至 高 速 旋 转, 在 离 心 力 作 用 下, 液 相 穿 过 滤 布 和 鼓 壁 滤 孔 排 出, 固 相 截 留 在 转 鼓 内, 转 鼓 降 至 低 速 后, 刮 刀 旋 转 往 复 动 作, 将 固 相 从 鼓 壁 刮 下 由 离 心 机 下 部 排 出 该 机 采 用 窄 刮 刀 低 速 卸 料, 因 此 除 广 泛 用 于 含 粒 度 0.05~0.15 毫 米 固 相 颗 粒 的 悬 浮 液 分 离 外, 特 别 适 宜 热 敏 感 性 强 不 允 许 晶 粒 破 粹 操 作 人 员 不 宜 接 近 的 物 料 的 分 离 该 机 具 有

218 自 动 化 程 度 高 处 理 量 大 分 离 效 果 好 运 转 稳 定 操 作 方 便 等 优 点 该 机 符 合 GMP 规 范 设 计 ( 五 ) 高 速 管 式 离 心 机 高 速 管 式 离 心 机 主 要 由 转 鼓 机 架 机 头 压 带 轮 滑 动 轴 承 组 和 驱 动 体 六 部 分 组 成 其 结 构 如 图 6-29 所 示 转 鼓 由 三 部 分 组 成 : 上 盖 8 带 空 心 轴 的 底 盖 3 和 管 状 的 转 鼓 19 转 鼓 内 沿 轴 向 装 有 对 称 的 四 片 翅 片 4, 使 进 入 转 鼓 的 液 体 很 快 地 达 到 转 鼓 的 转 动 角 速 度 被 澄 清 的 液 体 从 转 鼓 上 端 出 液 口 排 出, 进 入 积 液 盘 7 9, 再 流 入 槽 罐 等 容 器 内 固 体 则 留 在 转 鼓 上, 待 停 机 后 再 清 除 转 鼓 及 主 轴 11 以 挠 性 联 接 悬 挂 在 主 轴 皮 带 轮 13 上, 主 轴 皮 带 轮 与 其 他 部 件 组 成 为 机 头 部 分 主 轴 上 端 支 图 6-27 三 足 式 吊 袋 上 卸 料 离 心 机 工 作 原 理 图 承 在 主 轴 皮 带 轮 的 缓 冲 橡 皮 块 上, 而 转 鼓 用 联 接 螺 母 10 悬 于 主 轴 下 端 转 鼓 底 盖 上 的 空 心 轴 插 入 机 架 上 的 一 滑 动 轴 承 组 2 中, 滑 动 轴 承 组 靠 手 柄 1 锁 定 在 机 身 上 ; 该 滑 动 轴 承 装 有 减 震 器, 可 在 水 平 面 内 浮 动 只 要 将 转 鼓 与 主 轴 间 的 联 接 螺 母 拧 松, 即 可 把 转 鼓 从 离 心 机 中 卸 出 离 心 机 的 机 身 20 箱 门 5 等, 是 转 鼓 的 保 护 罩 图 6-28 三 足 式 刮 刀 下 卸 料 自 动 离 心 机 在 机 身 内 壁, 装 有 冷 却 盘 管 6 机 身 的 下 部 有 进 料 口 22 物 料 进 入 进 料 口 后 经 喷 咀 和 底 盖 的 空 心 轴 进 入 转 鼓 电 动 机 18 装 在 机 架 上 部, 带 动 压 带 轮 14 及 平 皮 带 转 动 而 使 转 鼓 旋 转 电 动 机 通 过 传 送 带 张 紧 轮 将 动 力 传 递 给 被 动 轮 从 而 使 转 鼓 绕 自 身 轴 线 超 速 旋 转 形 成 强 大 的 离 心 力 场 物 料 由 底 部 进 液 口 射 入, 离 心 力 迫 使 料 液 沿 转 鼓 内 壁 向 上 流 动, 且 因 料 液 不 同 组 分 的 密 度 差 而 分 层 对 于 液 液 物 系, 密 度 大 的 液 相 形 成 外 环, 密 度 小 的 液 相 形 成 内 环, 流 动 到 转 鼓 上 部 各 自 的 排 液 口 排 出 ( 如 图 6-30(a) 所 示 ), 微 量 固 体 沉 积 在 转 鼓 壁 上,

219 待 停 机 后 人 工 卸 出 对 于 液 固 物 系, 密 度 较 大 的 固 体 微 粒 逐 渐 沉 积 在 转 鼓 内 壁 形 成 沉 渣 层, 待 停 机 后 人 工 卸 出, 澄 清 后 的 液 相 流 动 到 转 鼓 上 部 的 排 液 口 排 出 ( 如 图 6-30(b) 所 示 ) 高 速 管 式 分 离 机 主 要 用 于 生 物 医 学 中 药 制 剂 保 健 食 品 饮 料 化 工 等 行 业 的 液 固 或 液 液 固 三 相 分 离 最 小 分 离 颗 粒 为 1 微 米, 特 别 对 一 些 液 固 相 比 重 差 异 小, 固 体 粒 径 细 含 量 低, 介 质 腐 蚀 性 强 等 物 料 的 提 取 浓 缩 澄 清 较 为 适 用 (a) 图 6-30 高 速 管 式 离 心 机 液 液 和 液 固 分 离 工 作 状 况 图 6-29 高 速 管 式 离 心 机 ( 液 固 型 ) ( 六 ) 碟 片 式 离 心 分 离 机 碟 片 式 离 心 沉 降 分 离 机 是 应 用 最 为 广 泛 的 离 心 沉 降 设 备 它 具 有 一 密 闭 的 转 鼓, 鼓 中 放 置 有 数 十 个 至 上 百 个 锥 顶 角 为 60 ~100 的 锥 形 碟 片, 碟 片 与 碟 片 间 的 距 离 用 附 于 碟 片 背 面 的 具 有 一 定 厚 度 的 狭 条 来 调 节 和 控 制, 一 般 碟 片 间 的 距 离 为 0.5~2.5mm, 当 转 鼓 连 同 碟 片 以 高 速 旋 转 1. 手 柄 2. 轴 承 组 3. 底 盖 4. 翅 片 5. 时 ( 一 般 为 4000~8000r/min), 碟 片 间 悬 浮 液 中 箱 门 6. 冷 却 盘 管 7 9. 积 液 盘 8. 上 盖 的 固 体 颗 粒 因 有 较 大 的 质 量, 先 沉 降 于 碟 片 的 内 10. 螺 母 11. 主 轴 12. 主 轴 皮 带 轮 13. 压 带 轮 14. 电 机 带 轮 15. 传 动 箱 16. 传 动 带 17. 电 机 18. 转 鼓 19. 机 身 20. 进 料 口 腹 面, 并 连 续 向 鼓 壁 方 向 沉 降, 澄 清 的 液 体 则 被 迫 反 方 向 移 动, 最 终 在 转 鼓 颈 部 进 液 管 周 围 的 排 液 口 排 出 碟 片 式 离 心 机 既 能 分 离 低 浓 度 的 悬 浮 液 ( 液 - 固 分 离 ), 又 能 分 离 乳 浊 液 ( 液 - 液 分 离 或 液 - 液 - 固 分 离 ) 两 相 分 离 和 三 相 分 离 的 碟 片 形 式 有 所 不 同, 对 于 液 - 固 或 液 - 液 两 相 分 离 所 用 的 碟 片 为 无 孔 式, 它 们 的 工 作 原 理 见 图 6-31 左 侧 液 - 液 - 固 三 相 分 离 所 用 的 碟 片 在 一 定 位 置 带 有 孔, 以 此 作 为 液 体 进 入 各 碟 片 间 的 通 道, 孔 的 位 置 是 处 于 轻 液 和 重 液 两 相 界 面 的 相 应 位 置 上, 见 图 6-31 右 侧 根 据 排 出 分 离 固 体 的 方 法 不 同, 碟 片 式 离 心 机 可 以 分 为 两 大 类 图 6-31 液 固 分 离 和 液 液 固 分 离 的 工 作 原 理 1. 喷 嘴 型 碟 片 式 离 心 机 喷 嘴 型 碟 片 式 离 心 机 具 有 结 构 简 单 生 产 连 续 产

220 量 大 等 特 点 排 出 固 体 为 浓 缩 液, 为 了 减 少 损 失, 提 高 固 体 纯 度, 需 要 进 行 洗 涤 ; 喷 嘴 易 磨 损, 需 要 经 常 调 换 ; 喷 嘴 易 堵 塞, 能 适 应 的 最 小 颗 粒 约 为 0.5μm, 进 料 液 中 固 体 含 量 为 6%~25% 最 合 适 2. 自 动 分 批 排 渣 型 碟 片 式 离 心 机 这 种 离 心 机 的 进 料 和 分 离 液 的 排 出 是 连 续 的, 而 被 分 离 的 固 相 浓 缩 液 则 是 间 歇 地 从 机 内 排 出 离 心 机 的 转 鼓 由 上 下 两 部 分 组 成, 上 转 鼓 不 作 上 下 运 动, 下 转 鼓 通 过 液 压 的 作 用 能 上 下 运 动 操 作 时, 转 鼓 内 液 体 的 压 力 进 入 上 部 水 室, 通 过 活 塞 和 密 封 环 使 下 转 鼓 向 上 顶 紧 卸 渣 时, 从 外 部 注 入 高 压 液 体 至 下 部 水 室, 将 阀 门 打 开, 将 上 部 水 室 中 的 液 体 排 出 ; 下 转 鼓 向 下 移 动, 被 打 开 至 一 定 缝 隙 而 卸 渣 卸 渣 完 毕 后, 又 恢 复 到 原 来 的 工 作 状 态 这 种 离 心 机 的 分 离 因 数 为 5500~7500, 能 分 离 的 最 小 颗 粒 为 0.5μm, 料 液 中 固 体 含 量 为 1%~10%, 大 型 离 心 机 的 生 产 能 力 可 达 60m3/h 排 渣 结 构 有 开 式 和 密 闭 式 两 种, 根 据 需 要 也 可 不 用 自 控 而 用 手 控 操 作 这 种 离 心 机 适 用 于 从 发 酵 液 中 回 收 菌 体 抗 生 素 及 疫 苗 的 分 离, 也 可 应 用 于 化 工 医 药 食 品 等 工 业 第 五 节 旋 流 分 离 机 械 一 基 本 概 念 与 应 用 旋 流 分 离 技 术 是 一 种 高 效 节 能 型 的 分 离 技 术, 它 的 关 键 部 分 是 旋 流 分 离 器, 简 称 旋 流 器 它 是 利 用 切 向 注 入 的 混 合 物 高 速 旋 转 产 生 的 离 心 力 来 加 速 颗 粒 沉 降, 非 均 相 物 料 系 在 分 离 器 内 形 成 向 下 的 外 旋 流 和 向 上 的 内 旋 流, 达 到 不 同 密 度 的 相 或 不 同 粒 度 颗 粒 的 分 离 因 此, 旋 流 器 可 用 于 具 有 密 度 差 的 固 / 液 气 / 液 固 / 气 液 / 气 液 / 液 以 及 固 / 固 等 非 均 相 混 合 物 的 分 离, 包 括 生 物 食 品 ( 如 淀 粉 生 产, 制 糖 工 业, 奶 制 品 工 业, 食 用 油 工 业, 啤 酒 工 业, 葡 萄 酒 生 产, 等 等 ) 三 废 ( 废 气 废 液 和 废 固 ) 处 理 等 领 域 中 的 澄 清 增 浓 或 脱 水 分 级 洗 涤 等 等 分 离 过 程, 甚 至 还 可 集 强 化 传 热 传 质 和 分 离 于 一 身, 用 作 旋 流 干 燥 器 等 二 旋 液 器 的 基 本 结 构 及 工 作 原 理 用 于 液 / 液 分 离 的 旋 流 分 离 器 称 为 旋 液 分 离 器 旋 液 器 是 一 种 利 用 离 心 沉 降 原 理 将 非 均 相 混 合 物 中 具 有 不 同 密 度 的 相 的 机 械 分 离 设 备 旋 流 分 离 器 的 基 本 构 造 为 一 个 分 离 腔 一 到 两 个 入 口 和 两 个 出 口 ( 如 图 6-32 所 示 ) 分 离 腔 主 要 有 圆 柱 形 圆 锥 形 和 柱 - 锥 形 3 种 基 本 形 式 柱 - 锥 形 又 有 单 锥 形 和 双 锥 形 两 种 入 口 有 单 入 口 和 多 入 口 几 种, 但 在 实 践 中, 一 般 只 有 单 入 口 和 双 入 口 两 种 就 入 口 与 分 离 腔 的 连 接 形 式 来 分, 入 口 又 有 切 向 入 口 和 渐 开 线 入 口 两 种 出 口 一 般 为 两 个, 而 且 多 为 轴 向 出 口, 分 布 在 旋 流 分 离 器 的 两 端 靠 近 进 料 端 的 为 溢 流 口, 远 离 进 料 端 的 为 底 流 口 图 6-32

221 在 互 不 相 溶 且 具 有 密 度 差 的 液 体 混 合 物 以 一 定 的 方 式 及 速 度 从 入 口 进 入 旋 流 分 离 器 后, 在 离 心 力 场 的 作 用 下, 密 度 大 的 相 被 甩 向 四 周, 并 顺 着 壁 面 向 下 运 动, 作 为 底 流 排 出 ; 密 度 小 的 相 向 中 间 迁 移, 并 向 上 运 动, 最 后 作 为 溢 流 排 出 这 样 就 达 到 了 液 - 液 分 离 的 目 的 三 全 旋 流 分 离 系 统 全 旋 流 分 离 工 艺 是 按 一 定 工 艺 原 理 将 旋 流 器 连 接 起 来, 形 成 一 套 完 整 封 闭 的 分 离 系 统, 用 一 套 多 级 旋 流 器 代 替 多 级 筛 分 和 离 心 分 离 设 备 的 组 合 在 淀 粉 制 备 时, 直 接 由 多 级 旋 流 器 分 离 薯 渣 汁 液 和 洗 涤 淀 粉, 其 优 点 十 分 显 著 全 旋 流 分 离 工 艺 分 为 前 半 区 ( 旋 流 器 A~F) 和 后 半 区 ( 旋 流 器 1~9) 两 部 分 ( 见 图 6-33), 前 半 区 主 要 是 将 薯 渣 和 汁 液 混 合 物 从 马 铃 薯 糊 浆 中 分 离 出 去, 充 分 分 离 可 提 高 淀 粉 提 取 率 ; 后 半 区 主 要 是 分 离 蛋 白 质 和 洗 涤 淀 粉, 充 分 分 离 可 提 高 淀 粉 质 量 马 铃 薯 糊 浆 首 先 进 入 旋 流 器 A, 经 分 离 后 的 薯 渣 和 汁 液 混 合 物 从 旋 流 器 F 溢 流 输 出, 淀 粉 乳 经 多 级 蛋 白 分 离 和 淀 粉 洗 涤 后 从 旋 流 图 6-33 器 9 底 流 输 出 三 旋 流 分 离 器 的 优 缺 点 旋 流 分 离 技 术 具 有 以 下 优 点 :a. 结 构 简 单 ;b. 成 本 低, 占 用 空 间 小 重 量 轻 维 护 费 用 少 能 耗 低 ( 不 到 碟 片 式 离 心 机 的 10%) 不 需 要 任 何 帮 助 分 离 的 介 质 ;c. 安 装 灵 活 方 便, 旋 流 器 可 以 任 何 角 度 安 装 ;d. 工 作 连 续 可 靠, 操 作 维 护 方 便, 一 旦 设 计 调 试 好, 就 可 自 动 稳 定 地 工 作 旋 流 分 离 技 术 也 有 不 足 之 处 :a. 由 于 旋 流 器 内 流 体 的 流 动 产 生 一 定 的 剪 切 作 用, 如 果 参 数 设 计 不 当, 容 易 将 液 滴 ( 油 滴 或 水 滴 ) 打 碎 乳 化 而 恶 化 分 离 过 程 针 对 这 一 问 题, 国 际 上 已 开 发 出 低 剪 切 旋 流 器, 成 功 的 用 于 液 液 分 离 ;b. 通 用 性 较 差, 处 理 不 同 性 质 的 物 料 往 往 需 要 不 同 结 构 尺 寸 或 操 作 条 件 的 旋 流 器 C. 由 于 流 体 流 动 中 湍 流 的 存 在, 旋 流 器 的 分 离 能 力 不 如 离 心 机 ( 超 高 速 离 心 机 ) 的 大, 即 可 分 离 的 最 小 颗 粒 粒 度 ( 边 界 粒 度 ) 没 有 离 心 机 的 小 但 旋 流 器 的 边 界 粒 度 也 可 达 到 2 微 米 左 右 最 新 研 究 发 现, 旋 流 器 甚 至 可 从 啤 酒 中 分 离 酵 母 第 六 节 溶 剂 萃 取 设 备 有 机 溶 剂 萃 取 过 程 是 利 用 两 个 不 相 混 溶 的 液 相 中 各 个 组 分 ( 包 括 目 标 组 分 ) 溶 解 度 的 不 同, 从 而 达 到 分 离 的 目 的 一 溶 剂 萃 取 设 备 的 分 类

222 根 据 料 液 和 溶 剂 接 触 和 流 动 方 向, 溶 剂 萃 取 设 备 可 以 分 成 单 级 萃 取 设 备 和 多 级 萃 取 设 备, 后 者 又 可 分 为 错 流 接 触 和 逆 流 接 触 萃 取 设 备 多 级 逆 流 萃 取 过 程 具 有 分 离 效 率 高 产 品 回 收 率 高 溶 剂 用 量 少 等 优 点, 是 工 业 生 产 最 常 用 的 萃 取 流 程 多 级 萃 取 设 备 也 有 多 种 类 型, 如 混 合 沉 降 器 筛 板 萃 取 塔 填 料 萃 取 塔 等 根 据 操 作 方 式 不 同, 溶 剂 萃 取 设 备 可 分 成 间 歇 萃 取 设 备 和 连 续 萃 取 设 备 根 据 分 离 物 系 构 成 的 不 同, 溶 剂 萃 取 设 备 可 分 成 液 / 液 萃 取 设 备 和 液 / 固 萃 取 设 备 二 液 / 液 萃 取 设 备 液 / 液 萃 取 设 备 按 照 接 触 的 方 式 不 同, 可 以 分 为 逐 级 式 和 微 分 式 两 大 类 常 用 的 液 / 液 萃 取 装 置 如 图 6-34 所 示 图 6-34 微 分 萃 取, 就 是 在 一 个 柱 式 或 塔 式 容 器 中, 互 相 溶 混 的 两 液 相 分 别 从 顶 部 和 底 部 进 入 并 相 向 流 过 萃 取 设 备, 目 的 产 物 ( 溶 质 ) 则 从 一 相 传 递 到 另 一 相, 以 实 现 产 物 分 离 的 目 的 其 特 点 是 两 液 相 连 续 相 向 流 过 设 备, 没 有 沉 降 分 离 时 间, 因 而 传 质 未 达 平 衡 状 态 微 分 萃 取 操 作 只 适 用 于 两 液 相 有 较 大 的 密 度 差 的 场 合 微 分 萃 取 设 备 主 要 是 一 个 萃 取 塔, 图 6-35 所 示 的 为 常 见 的 三 种 典 型 设 备 结 构 示 意 图 其 中,(a) 为 多 层 填 料 萃 取 塔,(b) 为 多 级 搅 拌 萃 取 塔,(c) 为 转 盘 萃 取 塔 此 外, 文 丘 里 混 合 器 螺 旋 输 送 混 合 器 也 常 用 于 萃 取 操 作 对 于 填 料 萃 取 塔, 宜 选 用 不 易 被 分 散 相 润 湿 的 填 料, 以 使 分 散 相 更 好 地 分 散 成 液 滴, 有 利 于 和 连 续 相 接 触 传 质 的 两 相 接 触 表 面 积 通 常, 陶 瓷 材 料 易 为 水 溶 液 润 湿, 塑 料 填 料 易 被 大 部 分 有 机 液 体 润 湿, 图 6-35

223 而 金 属 材 料 无 论 对 水 或 是 对 有 机 溶 剂 均 能 润 湿 若 以 轻 液 为 分 散 相 由 塔 底 进 入, 常 用 喷 洒 器 使 轻 液 分 散 搅 拌 器 的 作 用 是 使 轻 液 重 液 两 相 在 每 层 丝 网 之 间 得 到 更 好 的 均 匀 再 分 散 转 盘 萃 取 塔 比 填 料 塔 更 简 单, 但 由 于 转 盘 的 搅 拌 增 大 了 两 相 传 质 面 积, 故 强 化 了 萃 取 过 程 转 盘 萃 取 塔 的 分 离 效 率 与 转 盘 转 速 直 径 及 隔 板 的 几 何 尺 寸 等 结 构 参 数 有 关 通 常, 塔 径 与 转 盘 直 径 比 值 D/d=1.5~3, 环 形 隔 板 间 距 h 为 塔 径 的 1/2~1/8, 隔 板 宽 度 约 为 塔 径 的 1/10~1/5, 而 转 盘 转 速 为 80~150r/min 三 固 / 液 萃 取 设 备 固 / 液 萃 取 操 作 主 要 包 括 不 溶 性 固 体 中 所 含 的 溶 质 在 溶 剂 中 8 7 溶 解 的 过 程 和 分 离 残 渣 与 浸 取 液 的 过 程 固 / 液 浸 取 设 备 按 其 操 作 A 1 方 式 可 分 为 间 歇 式 多 级 逆 流 式 4 和 连 续 式 按 固 体 原 料 的 处 理 方 1 法, 可 分 为 固 定 床 移 动 床 和 分 B 3 3 散 接 触 式 按 溶 剂 和 固 体 原 料 接 触 的 方 式, 可 分 为 多 级 接 触 型 和 微 分 接 触 型 (1) (2) 图 6-36 单 级 间 歇 式 浸 出 设 备 1. 单 级 间 歇 式 浸 出 器 图 6-36(1) 是 一 种 溶 剂 再 1. 原 料 2. 溶 剂 分 配 器 3. 滤 板 ( 底 ) 4. 滤 渣 出 口 5. 浸 出 物 6. 新 鲜 溶 剂 入 口 7. 洗 液 入 口 8. 冷 凝 器 9. 溶 剂 槽 循 环 式 浸 出 器, 由 浸 出 部 分 (A) 和 溶 剂 蒸 发 部 分 (B) 组 成 原 料 在 A 处 完 成 浸 出 操 作 后, 浸 出 液 经 滤 板 流 至 B 处 浸 出 液 在 B 处 受 热 后, 其 中 溶 剂 蒸 发, 并 经 冷 凝 后 重 新 使 用 反 复 几 次 后, 最 后 以 蒸 气 进 行 喷 淋, 直 接 排 代 溶 剂, 则 可 得 残 渣, 浸 出 液 经 蒸 发 溶 剂 后 以 得 浸 出 物 图 6-36(2) 所 示 是 一 种 简 单 的 浸 出 器 1 2. 多 级 逆 流 式 浸 出 器 多 级 逆 流 式 浸 出 器 通 常 系 由 六 个 如 图 6-37 所 示 的 浸 出 罐 9 2 组 合 而 成 其 浸 出 流 程 图 如 图 6-38 所 示 在 操 作 中 各 罐 的 状 态 为 :1 2 3 罐 : 浸 出 操 作 中 ;4 罐 : 加 料 操 作 中 ;5 罐 : 8 排 出 残 渣 ;6 罐 : 通 蒸 汽 以 除 去 溶 剂 罐 组 成 一 组 浸 出 系 列, 先 将 溶 剂 泵 进 1 罐 进 行 浸 7 出, 某 浸 出 液 则 逐 步 进 2 及 3 罐, 由 3 罐 出 来 的 浸 出 液 浓 度 较 高, 送 往 蒸 发 塔 以 回 收 浸 出 物 当 1 罐 的 浸 出 操 作 完 了 后, 3 则 与 此 浸 出 系 列 隔 开, 此 时 4 罐 则 加 入 浸 出 系 列 而 形 成 另 一 个 新 的 浸 出 系 列 (2 3 4 罐 ), 其 状 态 如 下 :l 罐 : 通 蒸 汽 图 6-37 浸 出 罐 以 除 去 溶 剂 ;2 3 4 罐 : 浸 出 操 作 中 ;5 罐 : 加 料 操 作 中 ; 1. 原 料 2. 溶 剂 进 口 3. 滤 板 6 罐 : 排 出 残 渣 4. 转 轴 5. 浸 出 液 出 口 6. 蒸 如 此 类 推 操 作, 则 可 得 到 浸 出 物 与 残 渣 为 了 提 高 效 率, 须 选 择 适 当 的 溶 剂 比 浸 出 时 间 和 浸 出 罐 的 的 组 合 数 汽 进 口 7. 残 渣 8. 搅 拌 器 9. 蒸 汽 出 口

224 连 续 式 浸 出 器 连 续 式 浸 出 器 有 三 种 形 式 :(1) 浸 泡 式, 原 料 完 全 浸 没 于 溶 剂 之 中 而 进 行 的 连 续 浸 出 ;(2) 渗 滤 式, 喷 淋 于 原 料 层 上 的 溶 剂 在 通 过 原 料 层 溶 剂 蒸 汽 原 料 浸 出 液 残 渣 向 下 流 动 的 同 时 进 行 浸 出 ; 图 6-38 多 级 逆 流 式 浸 出 流 程 图 (3) 浸 泡 和 渗 滤 相 结 合 的 方 式 (1) 浸 泡 式 连 续 浸 出 器 图 6-39 所 示 为 两 种 典 型 的 浸 泡 式 连 续 浸 出 器 图 中 (1) 为 L 形 管 式 ( 螺 旋 式 ) 浸 出 器 原 料 进 入 后 与 溶 剂 的 走 向 相 反 螺 旋 片 均 带 滤 孔 浸 出 液 排 出 前 经 过 一 特 殊 过 滤 器 的 过 滤 图 中 (2) 为 垂 直 单 管 重 力 式 浸 出 器 它 是 单 一 的 立 式 塔, 内 部 由 水 平 板 分 成 若 干 个 塔 段 物 料 受 桨 叶 的 推 动 经 过 塔 板 上 的 开 口 自 上 而 下 流 动 新 鲜 溶 剂 由 塔 底 泵 入 逐 板 向 上 流 动, 从 塔 顶 排 出 (2) 渗 滤 式 连 续 浸 出 器 1) 垂 直 移 动 篮 式 浸 出 器 它 类 似 于 斗 式 提 升 机 料 斗 钻 有 孔, 让 溶 液 穿 流 而 过, 物 料 首 先 由 回 收 的 稀 溶 液 浸 出, 料 斗 从 右 侧 转 到 左 侧 后, 再 由 新 鲜 溶 剂 自 上 而 下 进 行 浸 出 残 渣 由 输 送 机 送 出 同 时 右 侧 渗 滤 而 下 的 浓 溶 液 从 底 部 卸 出 如 图 6-40 所 示 (1) (2) 6 图 6-39 浸 泡 式 连 续 浸 出 器 图 6-40 垂 直 移 动 蓝 式 浸 出 器 (1)L 型 管 式 ( 螺 旋 式 ) (2) 单 塔 重 力 式 1. 溶 剂 入 口 2. 原 料 进 口 3. 卸 料 螺 旋 1. 原 料 2. 残 渣 3. 溶 剂 4. 浸 出 液 4. 料 斗 5. 循 环 泵 6. 浸 出 物 2) 旋 转 隔 室 式 连 续 浸 出 器 其 结 构 如 图 6-41 所 示 它 是 由 在 完 全 密 封 的 圆 筒 形 容 器 内 的 一 组 隔 室 构 成 各 隔 室 随 轴 缓 慢 旋 转, 其 底 部 有 可 开 启 的 筛 网 当 卸 料 后 的 空 室 转 至 加 料 管 下 方 时, 原 料 即 散 布 于 隔 室 的 筛 网 上, 随 着 转 至 下 一 位 置 即 开 始 进 行 浸 出 当 旋 转 将 近 一 周 后, 隔 室 筛 网 随 转 动 而 自 动 开 启, 残 渣 即 下 落 至 器 底 排 出 随 着 转 动, 网 底 又 自 动 复 位, 进 行 再 次 加 料 浸 出 循 环 新 鲜 溶 剂 在 残 渣 快 要 排 出 之 前 由 扇 形 隔 室 上 方 加 入, 散 布 于 固 体

225 之 上 渗 滤 而 下, 流 入 器 底 的 一 个 分 格 内, 再 由 泵 送 入 前 一 扇 形 隔 室 上 方 如 此 依 次 进 行, 达 到 逆 流 浸 出 的 效 果 最 后 浓 溶 液 从 刚 装 好 原 料 的 扇 形 隔 室 底 的 器 底 下 分 格 内 被 排 出 3) 水 平 移 动 篮 式 浸 出 器 它 系 由 无 顶 及 无 底 的 移 动 隔 板 带 和 网 状 履 带 所 构 成, 符 合 大 生 产 能 力 的 需 要 物 科 和 溶 剂 的 走 向 如 图 6-42 所 示 图 6-41 旋 转 隔 室 式 浸 出 器 1. 纯 溶 剂 2. 原 料 3. 卸 渣 4. 浸 出 液 图 6-42 水 平 移 动 篮 式 浸 出 器 l. 原 料 入 口 2. 新 溶 剂 入 口 3. 浸 出 液 出 口 4. 溶 剂 喷 嘴 5. 溶 剂 泵 6. 网 状 履 带 7. 残 渣 出 口 8. 隔 板 4) 皮 带 输 送 式 连 续 浸 出 器 其 流 程 如 图 6-43 所 示 将 原 料 层 厚 度 输 送 速 度 溶 剂 量 等 适 当 调 整, 可 适 用 于 各 种 原 料 的 浸 出 其 生 产 规 模 小 设 备 廉 价 第 七 节 膜 分 离 设 备 膜 分 离 是 利 用 膜 的 选 择 性, 以 膜 的 两 侧 存 在 一 定 量 的 能 量 差 ( 压 力 差 或 电 位 差 ) 作 为 推 动 力, 由 于 溶 液 中 各 组 分 透 过 膜 的 迁 移 速 率 不 同 而 实 现 的 图 6-43 皮 带 输 送 式 连 续 浸 出 器 分 离 图 6-44 为 单 一 膜 组 件 系 统 的 过 滤 示 意 图 1. 原 料 2. 溶 剂 喷 嘴 3. 皮 带 输 送 器 4. 残 渣 膜 分 离 操 作 属 于 速 率 控 制 的 传 质 过 程, 具 有 设 备 简 5. 新 溶 剂 6. 浸 出 液 7. 浸 出 液 循 环 泵 单 可 在 室 温 或 低 温 下 操 作 无 相 变 处 理 效 率 高 节 能 等 优 点, 适 用 于 热 敏 性 的 生 物 工 程 产 物 的 分 离 浓 缩 与 纯 化 它 在 水 处 理 工 业 分 离 废 水 处 理 食 品 和 发 酵 工 业 等 方 面 的 应 用 都 取 得 了 重 大 突 破 膜 分 离 有 微 滤 (MF) 超 滤 (UF) 纳 滤 (NF) 反 渗 透 (R0) 电 渗 析 和 透 析 等 膜 分 离 设 备 主 要 由 膜 组 件 液 料 的 传 输 系 统 压 力 和 流 量 的 控 制 系 统 等 构 成 图 6-45 为 一 膜 分 离 系 统 构 成 图 图 6-44 单 一 膜 组 件 系 统 的 过 滤 示 意 图 图 6-45

226 膜 组 件 设 计 可 以 有 多 种 形 式, 根 据 膜 的 构 成 设 计 而 成 :(1) 平 板 构 型 ;(2) 管 式 构 型 板 框 式 和 卷 式 膜 组 件 均 使 用 平 板 膜, 而 管 状 毛 细 管 和 中 空 纤 维 膜 组 件 均 使 用 管 式 膜 一 平 板 式 膜 组 件 平 板 式 组 件 要 组 装 不 同 数 量 的 膜, 如 图 6-46 所 示 由 于 隔 板 的 存 在, 原 液 流 通 截 面 积 较 大, 使 用 时 不 易 堵 塞, 因 而 对 原 液 的 预 处 理 要 求 相 对 较 低, 压 力 损 失 较 小, 原 液 的 流 速 可 高 达 1~5m/s 为 了 提 高 流 体 的 湍 动 速 度, 减 少 浓 差 极 化 现 象, 隔 板 被 设 计 成 各 种 形 状 的 凹 凸 波 纹 浓 缩 液 透 过 液 隔 板 膜 支 撑 板 膜 隔 板 原 液 图 6-46 平 板 膜 分 离 装 置 结 构 原 理 图 二 管 式 膜 组 件 管 式 组 件 主 要 是 把 膜 和 支 撑 体 均 制 成 管 状, 二 者 装 在 一 起, 或 者 直 接 把 膜 刮 制 在 支 撑 管 上, 再 将 一 定 数 量 的 管 以 一 定 方 式 联 成 一 体 而 组 成, 其 外 形 极 类 似 列 管 式 换 热 器, 如 图 6-47 所 示 管 式 膜 组 件 按 膜 附 着 在 支 撑 管 的 内 侧 或 外 侧 而 分 为 内 压 管 式 和 外 压 管 式 组 件 按 管 式 组 件 中 膜 管 的 数 量 又 可 分 为 单 管 式 和 列 管 式 两 种 管 式 组 件 的 优 点 是 : 流 动 状 态 好 ; 流 速 易 控 制, 适 当 控 制 流 速 可 防 止 或 减 小 浓 差 极 化 ; 安 装 拆 卸 换 膜 和 维 修 均 较 方 便 由 于 支 撑 管 的 管 径 相 对 较 大 ( 一 般 在 0.6~2.5cm), 所 以 能 处 理 含 悬 浮 团 体 的 溶 液, 不 易 堵 塞 但 与 平 图 6-47 管 式 膜 组 件 示 意 图 板 组 件 相 比, 单 位 体 积 内 有 效 膜 面 积 较 少, 此 外 管 口 的 密 封 也 较 困 难 三 卷 式 膜 组 件 卷 式 组 件 主 要 是 由 中 间 多 孔 支 撑 材 料, 两 边 是 膜 的 双 层 结 构 装 配 组 成 的 如 图 6-48 所 示 其 中 三 边 被 密 封 而 粘 结 成 膜 袋 状, 另 一 个 开 放 边 与 一 根 多 孔 中 心 产 品 收 集 管 密 封 连 接, 在 膜 袋 外 部 的 原 水 侧 再 垫 一 层 网 眼 型 间 隔 材 料, 也 就 是 把 膜 - 多 孔 支 撑 体 - 膜 - 原 水 侧 间 隔 材 料

227 依 次 迭 合, 绕 中 心 产 品 水 收 集 管 紧 密 地 卷 起 来 形 成 一 个 膜 卷, 再 装 进 圆 柱 形 压 力 容 器 内, 就 成 为 一 个 卷 式 组 件 图 6-48 卷 式 膜 组 件 示 意 图 四 中 空 纤 维 膜 组 件 和 毛 细 管 中 空 纤 维 膜 是 一 种 自 身 支 撑 膜, 实 际 上 为 一 厚 壁 圆 筒 纤 维 外 径 为 50~200μm, 内 径 为 25~42μm, 其 特 点 是 具 有 在 较 高 压 力 下 不 变 形 的 强 度 如 图 6-49 所 示 中 空 纤 维 组 件 的 组 装, 一 种 是 把 几 十 万 根 以 图 6-49 上 中 空 纤 维 象 图 6-50 中 那 样 弯 成 U 形 而 装 入 耐 压 容 器 内, 纤 维 的 开 口 端 密 封 在 管 板 中 纤 维 束 的 中 心 轴 处 安 置 一 个 原 水 分 配 管, 使 原 水 径 向 流 过 纤 维 束 淡 水 透 过 纤 维 管 壁 后, 沿 纤 维 的 中 空 内 腔 流 径 管 板 引 出, 浓 水 在 容 器 的 另 一 端 排 出 其 他 组 装 方 式 [ 从 内 向 外 流 动 式 ] [ 从 外 向 内 流 动 式 ] 还 有 平 行 集 束 装 填 ( 图 6-50) 等 图 6-50 中 空 纤 维 膜 组 件 示 意 图 毛 细 管 膜 组 件 与 中 空 纤 维 膜 组 件 的 形 式 相 同, 其 差 异 仅 在 于 膜 的 规 格 不 同 第 八 节 超 临 界 流 体 萃 取 设 备 超 临 界 流 体 萃 取 技 术 就 是 以 超 临 界 状 态 ( 压 力 和 温 度 均 在 临 界 值 以 上 ) 的 流 体 为 溶 媒, 对 萃 取 物 中 的 目 标 组 分 进 行 提 取 分 离 的 过 程 该 技 术 有 如 下 特 点 : 萃 取 温 度 较 低, 制 品 不 存 在 热 分 解 问 题 ; 对 温 度 和 压 力 进 行 调 节, 可 以 实 现 选 择 性 萃 取 ; 对 非 挥 发 性 物 质 分 离 非 常 简

228 单 ; 制 品 中 无 溶 剂 残 留 问 题 ; 溶 剂 可 以 再 生 循 环 使 用, 运 行 经 济 性 较 好 ; 无 环 境 污 染 问 题 超 临 界 流 体 萃 取 技 术 常 以 CO 2 作 为 溶 媒, 其 优 点 有 :CO 2 的 超 临 界 状 态 容 易 实 现 ; 食 品 和 药 品 无 毒 性 污 染 问 题 ; 有 防 止 细 菌 活 动 的 作 用 ; 是 惰 性 气 体, 不 易 燃 烧, 化 学 性 质 稳 定 ; 价 格 低 廉, 经 济 性 好 一 超 临 界 流 体 萃 取 的 系 统 构 成 超 临 界 流 体 萃 取 的 操 作 压 力 一 般 为 7~35MPa, 有 的 可 达 100MPa 以 上, 温 度 多 数 在 室 温 ~50 之 间 超 临 界 流 体 萃 取 的 流 程 往 往 根 据 萃 取 对 象 的 不 同 而 进 行 设 计, 对 于 固 体 原 料 而 言, 最 基 本 的 流 程 如 图 6-51 所 示 具 体 操 作 步 骤 如 下 : (1) 首 先 将 经 过 前 处 理 的 固 体 原 料 放 入 萃 取 釜 (2)CO 2 经 过 高 压 泵 的 升 压, 换 热 器 升 温, 达 到 设 定 的 超 临 界 状 态 后, 被 送 入 萃 取 釜 6 (3) 在 萃 取 釜 内 可 溶 性 成 分 被 溶 解 进 入 流 动 相, 通 过 改 变 压 力 和 温 度, 在 分 离 釜 1 中 CO 2 将 溶 解 度 相 对 较 小 的 重 质 有 效 成 分 分 离 出 来 ; 随 着 压 力 的 进 一 步 降 低, 在 分 离 釜 2 中 CO 2 将 其 余 的 8 7 溶 解 度 较 高 的 轻 质 有 效 成 分 分 离 出 来 (4) 分 离 了 可 溶 性 成 分 的 CO 2 再 经 过 热 交 换 器 和 高 压 泵, 实 现 循 环 使 用 图 6-51 固 体 原 料 间 歇 式 超 临 界 萃 取 系 统 1. 萃 取 釜 2. 减 压 阀 3. 分 离 釜 1 4. 分 离 釜 2 5. 截 止 阀 6.CO 2 钢 瓶 7. 泵 8. 换 热 器 超 临 界 流 体 萃 取 技 术 最 多 的 被 用 于 固 体 原 料 的 萃 取, 但 大 量 的 研 究 实 践 证 明, 超 临 界 流 体 萃 取 技 术 在 液 体 T 物 料 的 萃 取 分 离 上 更 具 优 势 其 原 因 主 要 是 液 体 物 料 易 实 现 连 续 操 作, 从 T 而 大 大 减 小 了 操 作 难 度 提 高 了 萃 取 原 料 T 萃 取 物 效 率 降 低 了 生 产 成 本 ( 液 体 ) 外 回 流 图 6-52 是 液 相 物 料 连 续 逆 流 超 临 T T 界 CO 2 萃 取 系 统 主 要 的 分 离 部 件 是 一 只 填 料 精 馏 塔, 填 料 塔 由 多 段 组 成, 内 部 装 有 高 效 填 料, 为 了 提 高 回 流 的 T T 填 料 塔 效 果, 各 塔 段 温 度 控 制 以 塔 顶 高 底 T 部 低 的 温 度 分 布 为 原 则 液 体 原 料 经 T 泵 连 续 进 入 填 料 精 馏 塔 中 上 部 进 料 T 口,CO 2 经 过 高 压 泵 的 升 压 和 换 热 器 残 渣 物 的 升 温, 达 到 超 临 界 状 态 之 后, 从 塔 CO 2 的 底 部 进 入 高 压 CO 2 流 体 与 被 靠 重 力 下 流 的 液 料 在 塔 内 逆 流 接 触, 被 溶 解 组 分 随 CO 2 流 体 上 升, 由 于 塔 的 上 图 6-52 液 相 物 料 连 续 逆 流 超 临 界 CO 2 萃 取 系 统 部 温 度 升 高, 被 溶 解 的 组 分 在 CO 2 中 溶 解 度 逐 渐 下 降, 形 成 内 回 流 携 带 有 溶 质 的 CO 2 流 体 从 塔 顶 流 出, 经 降 压 解 析 出 萃 取 物, 萃 取 残 液 从 塔 底 排 出 当 认 为 萃 取 物 的 纯 度 不 够 高 时, 可 以 分 流 一 部 分 通 过 外 回 流 的 方 式, 从 塔 顶 被 送 入 系 统

229 二 萃 取 釜 萃 取 釜 是 超 临 界 流 体 萃 取 中 的 关 键 设 备 萃 取 釜 设 计 的 基 本 要 求 包 括 : (1) 具 有 快 速 开 启 关 闭 的 盖 装 置 固 体 原 料 超 临 界 CO 2 萃 取 是 一 种 间 歇 式 操 作, 一 釜 原 料 萃 取 完 后, 需 要 快 速 的 将 釜 盖 打 开, 更 换 原 料 就 高 压 萃 取 釜 而 言, 高 压 释 放 后, 用 于 釜 盖 密 封 密 封 圈 因 膨 胀 严 重, 釜 盖 的 打 开 非 常 困 难 因 此, 快 开 装 置 的 使 用 就 显 得 非 常 必 要, 可 以 减 少 操 作 时 间, 提 高 生 产 效 率 (2) 抗 疲 劳 性 能 好 超 临 界 流 体 萃 取 的 压 力 高, 常 常 受 交 变 载 荷 的 作 用 受 压 容 器 承 受 交 变 载 荷 时, 容 易 在 接 管 根 部 等 出 现 塑 性 应 变 的 高 应 变 区 发 生 疲 劳 破 坏 我 国 疲 劳 设 计 规 范 规 定 : 容 器 整 体 部 分 承 受 交 变 载 荷 不 超 过 1000 次, 非 整 体 部 分 不 超 过 400 次 时, 可 以 不 需 作 疲 劳 分 析 间 歇 操 作 的 超 临 界 流 体 萃 取 釜, 每 次 萃 取 周 期 一 般 为 2~3h, 一 年 以 300 天 计 算, 需 要 升 压 降 压 2400 次, 如 以 15 年 的 寿 命 计, 萃 取 釜 承 受 交 变 载 荷 为 次, 早 已 超 过 以 上 规 定, 因 此, 要 求 萃 取 釜 具 有 良 好 的 抗 疲 劳 性 能 (3) 温 度 控 制 容 易 操 作 温 度 对 超 临 界 流 体 的 溶 解 度 影 响 较 大, 而 在 萃 取 过 程 中 又 常 发 生 吸 热 或 放 热 现 象, 破 坏 萃 取 釜 中 的 温 度 平 衡, 因 此 在 超 临 界 流 体 萃 取 中 要 求 温 度 控 制 得 好 目 前, 多 数 情 况 下 采 用 在 夹 套 中 通 入 循 环 水 的 方 式 来 保 证 萃 取 釜 内 的 温 度 恒 定, 这 种 方 法 简 单 易 行 但 效 果 不 好 ; 也 有 在 多 层 容 器 的 内 筒 外 表 面 开 槽, 再 通 循 环 水 的 方 式, 采 用 这 种 方 法 可 降 低 传 热 阻 力 提 高 萃 取 釜 内 温 度 控 制 效 果, 但 结 构 复 杂 易 阻 塞 且 循 环 水 的 流 量 受 到 限 制 ; 还 可 以 采 用 在 萃 取 釜 内 放 置 弯 管 如 蛇 管 等 来 达 到 控 制 温 度 的 目 的, 但 它 受 操 作 工 艺 的 限 制, 较 多 的 场 合 都 不 能 采 用 这 种 方 式 (4) 结 构 紧 凑 成 本 低 设 计 萃 取 釜 时, 应 在 满 足 强 度 的 前 提 下, 尽 量 使 容 器 结 构 紧 凑 制 造 简 便 生 产 成 本 低 如 采 用 半 球 形 封 头 与 筒 体 等 厚 联 接, 既 浪 费 材 料 又 显 笨 重 如 果 采 用 不 等 厚 联 接, 则 可 以 节 省 钢 材, 降 低 制 造 成 本, 但 需 要 解 决 联 接 处 结 构 不 连 续 产 生 的 应 力 集 中 等 问 题 (5) 安 全 保 障 装 置 超 临 界 流 体 萃 取 属 于 高 压 萃 取, 安 全 问 题 非 常 重 要 必 须 在 高 压 泵 出 口 设 限 压 控 制 装 置, 在 高 压 釜 ( 萃 取 釜 和 分 离 釜 ) 处 安 装 安 全 阀, 在 控 制 系 统 通 过 软 件 防 止 误 操 作 而 引 起 事 故 萃 取 釜 的 基 本 结 构 如 图 6-53 所 示 超 临 界 流 体 萃 取 釜 主 要 由 快 开 密 封 装 置 ( 未 画 出 ) 筒 体 半 球 形 封 头 加 强 箍 和 安 全 联 锁 装 置 ( 未 画 出 ) 组 成 这 种 形 式 的 高 压 萃 取 釜 结 合 了 半 球 形 封 头 受 力 均 匀 所 需 厚 度 仅 为 相 同 设 计 条 件 下 圆 筒 厚 度 的 一 半 的 优 点 ; 采 用 加 强 箍 的 技 术 措 施 是 为 了 使 半 球 形 封 头 的 厚 度 与 筒 体 厚 度 不 相 等, 从 而 保 证 不 产 生 严 重 的 应 力 集 中 采 用 的 齿 啮 式 快 开 密 封 装 置 和 安 全 联 锁 装 置 可 以 不 需 要 逐 个 拧 紧 或 松 开 紧 固 螺 栓, 而 只 需 将 顶 盖 旋 转 某 一 图 6-53 角 度 就 能 完 成 启 闭 动 作, 而 且 在 开 关 顶 盖 时, 容 器 卸 压 未 尽 时 锁 紧 装 置 不 能 松 开, 顶 盖 未 完 全 闭 合 时 容 器 内 不 能 升 压 这 样 既 保 证 了 萃 取 釜 开 关 盖 的 时 间 最 短, 又 能 防 止 误 操 作 所 引 起 的 事 故 快 开 装 置 上 配 有 的 安 全 联 锁 装 置 能 自 动 控 制 端 盖 的 开 闭 动 作, 使 之 在 端 盖 未 完 全 闭 合 之 前, 容 器 内 不 能 增 压 ; 在 压 力 未 完 全 泄 放 时, 锁 紧 装 置 不 能 松 开 这 样, 容 器 本 身 具 备 了 防

230 止 误 操 作 而 造 成 事 故 的 能 力 三 快 开 装 置 快 开 装 置 是 超 临 界 流 体 萃 取 高 压 容 器 的 重 要 组 成 部 分, 萃 取 釜 能 否 正 常 连 续 运 行 在 很 大 程 度 上 取 决 于 快 开 装 置 结 构 的 完 善 和 密 封 材 料 的 合 理 选 择 1. 小 容 积 超 临 界 流 体 萃 取 高 压 容 器 用 的 快 开 密 封 装 置 小 容 积 超 临 界 流 体 萃 取 高 压 容 器 用 的 快 开 密 封 装 置 包 括 : 内 螺 塞 密 封 装 置 三 角 垫 及 O 形 圈 密 封 装 置 线 接 触 型 密 封 装 置 等, 其 中 内 螺 塞 密 封 装 置 相 对 较 多 图 6-54 所 示 的 内 螺 塞 密 封 装 置 由 筒 体 堵 头 螺 塞 和 密 封 圈 等 组 成 在 筒 体 端 部 内 面 和 螺 塞 外 面 分 别 有 螺 纹, 只 要 将 螺 塞 拧 入 筒 体 螺 纹 中, 使 螺 纹 啮 合, 就 可 承 担 内 压 引 起 的 轴 向 力 密 封 元 件 为 O 形 圈 堵 头 插 入 筒 体 后,O 形 圈 受 到 挤 压, 产 生 明 显 变 形, 从 而 达 到 预 紧 密 封 的 要 求 工 作 时, 在 内 压 作 用 下 O 形 圈 具 有 自 紧 作 用 该 结 构 具 有 以 下 性 能 特 点 : 结 构 简 单, 加 工 方 便, 不 需 要 单 独 加 工 法 兰, 与 螺 塞 相 配 合 的 螺 纹 可 以 在 筒 身 上 直 接 车 出, 减 少 焊 缝 ;O 形 圈 寿 命 长, 这 是 由 于 该 密 封 圈 在 进 入 密 封 位 置 的 过 程 中 不 随 螺 塞 进 行 螺 旋 运 动, 大 大 减 少 了 其 与 密 封 面 的 摩 擦 与 磨 损 ; 堵 头 和 介 质 接 触, 而 螺 塞 不 与 介 质 接 触, 因 此 螺 塞 和 堵 头 可 以 采 用 不 同 材 料 ; 装 拆 更 加 方 便 由 于 O 形 圈 与 密 封 面 间 的 摩 擦 距 离 较 小, 故 转 动 密 封 盖 的 力 矩 大 大 降 低, 使 装 拆 强 度 明 显 减 少 但 是 随 着 直 径 的 增 大, 旋 开 和 拧 紧 螺 塞 的 劳 动 强 度 也 增 大, 因 此 大 型 装 置 不 适 宜 采 用 该 结 构 2. 大 容 积 超 临 界 流 体 萃 取 高 压 容 器 用 快 开 密 封 装 置 大 容 积 超 临 界 流 体 萃 取 高 压 容 器 用 快 开 密 封 装 置 主 要 有 卡 箍 式 和 齿 啃 式 两 种 (1) 卡 箍 式 快 开 密 封 装 置 卡 箍 式 快 开 密 封 结 构 根 据 卡 箍 与 顶 盖 筒 体 端 部 接 触 方 式 的 不 同, 可 分 为 有 楔 入 作 用 的 卡 箍 结 构 和 无 楔 入 作 用 的 卡 箍 结 构 有 楔 入 作 用 的 卡 箍 结 构 的 密 封 装 置 如 图 6-55 所 示, 卡 箍 内 面 有 两 个 锥 面 分 别 与 顶 盖 和 筒 体 端 部 法 兰 的 锥 面 相 接 触, 承 担 由 顶 盖 传 递 过 来 的 轴 向 力 通 过 逐 个 拧 紧 和 松 开 联 接 螺 栓 实 现 容 器 的 开 关 密 封 元 件 为 O 形 圈 和 密 封 环 密 封 环 通 过 衬 环 与 顶 盖 和 筒 体 端 部 法 兰 接 触, 密 封 环 和 顶 盖 与 筒 体 端 部 法 兰 间 各 装 有 一 个 O 形 圈, 装 配 时 O 形 圈 受 到 挤 压 产 生 预 紧 密 封, 工 作 时 在 内 压 作 用 下,O 形 圈 可 实 现 自 紧 密 封 该 结 构 设 计 比 较 成 熟, 具 有 以 下 性 能 特 点 : 卡 箍 合 拢 时, 因 不 产 生 预 紧 力, 故 其 装 拆 更 省 力, 更 简 便 快 捷 ; 无 需 考 虑 轴 向 压 下 量 的 大 小, 不 受 锥 面 斜 角 的 限 制, 因 此 其 制 造 更 为 方 便 ; 大 型 卡 箍 要 用 大 型 锻 件, 存 在 加 工 量 大, 加 工 要 求 高 等 缺 点, 且 容 器 启 闭 时 间 仍 较 长, 难 以 达 到 快 开 的 要 求 无 楔 入 作 用 的 卡 箍 结 构 即 卡 箍 表 面 和 顶 盖 表 面 筒 体 端 部 表 面 相 平 行, 这 种 结 构 具 有 开 启 方 便 快 捷 的 图 6-55 图 6-54

231 特 点, 但 设 计 方 法 尚 不 成 熟 美 国 压 力 容 器 协 会 ASME 标 准 日 本 工 业 标 准 ]IS B 我 国 行 业 标 准 HG 中 均 有 卡 箍 联 接 的 设 计 方 法 ASME Ⅷ-1 中 列 出 的 卡 箍 联 接 设 计 方 法, 顶 盖 筒 体 端 部 和 卡 箍 的 接 触 为 具 有 楔 入 作 用 的 联 接, 虽 然 在 ASME Ⅷ-1 中 列 入 这 一 卡 箍 联 接 设 计 的 同 时 还 指 出, 对 于 卡 箍 表 面 的 顶 盖 筒 体 端 部 表 面 相 平 行 而 没 有 楔 入 作 用 的 卡 箍, 也 可 以 按 照 此 原 理 进 行 设 计, 但 并 未 以 可 操 作 的 形 式 列 出 设 计 方 法, 尚 难 以 付 诸 实 用 (2) 齿 啮 式 快 开 密 封 装 置 常 用 的 齿 啮 式 快 开 密 封 装 置 的 结 构 如 图 6-56 所 示, 在 顶 盖 和 容 器 端 部 法 兰 圆 周 方 向 加 工 出 均 布 的 啮 合 齿,O 形 圈 安 装 在 顶 盖 底 部 的 凸 缘 上, 随 顶 盖 一 起 运 动 依 靠 密 封 圈 与 端 部 法 兰 及 顶 盖 的 过 盈 配 合 来 实 现 容 器 的 初 始 密 封 压 力 上 升 后,O 形 圈 实 现 自 紧 密 封 端 部 法 兰 内 径 与 容 器 简 体 内 径 相 同, 端 部 法 兰 啮 合 齿 内 径 略 大 于 顶 盖 外 径, 以 利 于 顶 盖 的 进 出 其 启 闭 步 骤 为 : 关 闭 容 器 时, 先 将 顶 盖 齿 嵌 入 端 部 法 兰 的 齿 间 间 隙, 使 顶 盖 进 入 端 部 法 兰 并 将 其 放 置 在 端 部 法 兰 上, 然 后 将 顶 盖 旋 转 一 定 的 角 度, 使 顶 盖 齿 与 端 部 法 兰 齿 完 全 啮 合, 即 可 升 压 工 作 开 启 时, 只 要 将 顶 盖 反 旋 至 原 放 入 时 的 位 置, 即 可 将 顶 盖 取 出 由 于 只 需 将 顶 盖 旋 转 一 定 角 度 就 能 实 现 容 器 的 启 闭, 对 大 型 超 临 界 流 体 萃 取 设 备 来 讲 可 以 大 大 节 省 工 作 时 间, 提 高 工 作 效 率 日 本 工 业 标 准 JIS B 和 我 国 行 业 标 准 HG 均 列 出 了 无 楔 入 作 用 的 整 体 齿 啮 式 卡 图 6-56 箍 结 构 的 设 计 方 法 JIS B 标 准 适 用 的 设 计 压 力 在 100MPa 以 下,HG 标 准 适 用 的 设 计 压 力 在 30MPa 以 下 四 分 离 器 从 萃 取 器 出 来 的 溶 解 有 溶 质 的 超 临 界 流 体, 经 减 压 阀 ( 一 般 为 针 形 阀 ) 减 压 后, 在 阀 门 出 口 管 中 流 体 呈 两 相 流 状 态, 即 存 在 气 体 相 和 液 体 相 ( 或 固 体 ), 若 为 液 体 相, 其 中 包 含 萃 取 物 和 溶 剂, 以 小 液 滴 形 式 分 散 在 气 相 中, 然 后 经 第 二 步 溶 剂 蒸 发, 进 行 气 液 分 离, 分 离 出 萃 取 物 当 产 物 是 一 种 混 合 物 时, 常 常 出 现 其 中 的 轻 组 分 被 溶 剂 夹 带, 从 而 影 响 产 物 的 得 率 一 般 使 用 的 分 离 器 有 如 下 一 些 形 式 ( 不 分 固 体 萃 取 物 +CO 原 料 和 液 体 原 料 ): 2 CO CO 2 2 萃 取 物 1. 轴 向 进 气 分 离 器 +CO 2 轴 向 进 气 是 最 常 用 的 一 种 分 离 器 形 式 ( 图 6-57(1)), 其 采 用 夹 套 式 加 热 它 的 结 构 简 单, 使 用 及 清 洗 方 便 但 存 在 的 问 题 是 进 气 的 流 速 较 大 时 会 将 未 及 时 放 出 的 萃 取 物 吹 起, 进 而 形 成 的 液 滴 会 被 CO 2 夹 带 着 带 出 分 离 器 从 而 导 致 萃 取 收 率 偏 低, 严 重 时 会 堵 塞 下 游 管 道 萃 取 物 萃 取 物 2. 旋 流 式 分 离 器 为 了 解 决 轴 向 进 气 分 离 器 的 不 足,Perrut 曾 提 (1) 轴 向 进 气 (2) 切 线 方 向 进 气 图 6-57 分 离 器 结 构

232 出 了 图 6-57(2) 所 示 的 旋 流 式 分 离 器, 它 由 旋 流 室 和 收 集 室 两 部 分 组 成 当 萃 取 物 是 液 体 时, 在 旋 流 室 底 部 可 用 接 受 器 收 集 低 溶 剂 含 量 的 萃 取 物, 当 萃 取 物 比 较 粘 稠 或 呈 膏 状 不 易 流 动 时, 可 设 计 成 活 动 的 底 部 接 受 器 将 萃 取 物 取 出, 这 种 分 离 器 不 仅 能 破 坏 雾 点, 而 且 能 供 给 足 够 的 热 量 使 溶 剂 蒸 发 即 使 不 经 减 压, 这 种 分 离 器 也 有 很 好 的 分 离 效 果 五 精 馏 塔 填 料 精 馏 塔 由 多 段 塔 节 构 成, 每 一 段 塔 节 均 装 有 加 热 装 置, 沿 塔 高 方 向 分 段 控 温, 每 段 塔 节 都 有 相 应 的 温 度 控 制 仪 控 制 每 段 塔 节 间 装 有 多 孔 气 液 再 分 布 筛 板 以 利 于 两 相 在 塔 内 均 匀 再 分 布 塔 内 填 料 为 环 填 料 气 液 两 相 分 别 为 连 续 进 料 生 物 资 源 的 有 效 成 分 在 超 临 界 CO 2 中 的 溶 解 度 随 温 度 的 上 升 而 下 降, 因 此 将 精 馏 塔 的 温 度 设 计 成 上 高 下 低, 则 CO 2 携 带 着 已 溶 解 的 溶 质 由 下 向 上 上 升 的 时, 因 溶 解 度 的 下 降, 部 分 溶 质 析 出 而 形 成 回 流, 与 上 升 的 溶 解 有 溶 质 的 CO 2 逆 流 传 质 再 次 相 遇 形 成 交 换 与 分 配 这 就 是 沿 塔 高 方 向 温 度 需 要 分 段 控 制 的 原 因 图 6-58 是 德 国 UHDE 公 司 生 产 的 一 种 萃 取 精 馏 塔 在 该 系 统 中, 为 了 控 制 回 流 比, 在 塔 顶 安 装 了 热 指 ( 也 称 热 回 流 头 ) 经 精 馏 柱 和 热 回 流 头 而 仍 未 从 CO 2 流 体 中 析 出 的 溶 质 经 膨 胀 阀 减 压 并 在 分 离 器 中 析 出 随 着 时 间 的 延 长, 不 同 的 物 质 将 依 次 在 分 离 器 中 析 出 而 达 到 分 离 的 目 的 精 馏 塔 是 利 用 液 体 混 合 物 中 各 组 分 挥 发 度 和 溶 解 度 的 差 异 提 纯 物 质 的 在 塔 内, 液 体 依 靠 重 力 自 上 而 下 流 动, 而 超 临 界 CO 2 靠 压 差 自 下 而 上 与 液 体 呈 递 向 流 动 两 相 流 体 的 良 好 接 触 是 通 过 装 于 塔 内 的 塔 板 或 填 料 形 成 的, 因 此, 塔 高 按 内 件 结 构 可 分 为 板 式 塔 和 填 料 塔 塔 设 备 的 结 构 在 一 定 程 度 上 决 定 了 其 操 作 的 流 体 力 学 状 况 和 传 质 性 能, 板 CO 2 式 塔 和 填 料 塔 各 有 特 点 板 式 塔 中 装 有 一 定 数 量 的 塔 板, 气 体 自 塔 底 向 上 以 鼓 泡 喷 射 方 式 穿 过 塔 板 上 的 液 层, 使 两 相 接 触, 进 行 传 质, 两 相 的 组 分 浓 度 沿 高 度 呈 阶 梯 式 变 化 ; 填 料 塔 中 装 有 一 定 高 度 的 填 料, 两 相 沿 填 料 表 面 进 行 逆 流 传 质, 两 相 的 组 分 浓 度 沿 塔 高 呈 连 续 变 化 图 6-58 填 料 塔 与 板 式 塔 的 优 缺 点 : (1) 填 料 塔 的 压 力 降 一 般 比 板 式 塔 小, 压 力 降 小 则 意 味 着 动 力 消 耗 少, 操 作 费 用 低 ; (2) 板 式 塔 空 塔 气 速 一 般 比 传 统 填 料 塔 大, 空 塔 气 速 大 则 表 示 生 产 能 力 大, 在 较 大 的 气 速 下 仍 不 致 发 生 液 泛 等 非 正 常 现 象, 但 新 型 填 料 塔 的 空 塔 气 速 有 较 大 提 高 ; (3) 板 式 塔 有 较 大 的 操 作 弹 性, 较 适 应 于 气 液 负 荷 有 较 大 波 动 的 场 合, 尤 其 浮 阀 塔 的 操 作 弹 性 最 大 ; (4) 板 式 塔 效 率 较 稳 定, 塔 径 增 大, 效 率 将 有 所 提 高 填 料 塔 则 在 小 塔 径 下 效 率 高, 塔 径 增 大, 效 率 会 下 降, 但 新 型 规 则 填 料 例 外 ; (5) 板 式 塔 直 径 大 时 造 价 比 填 料 塔 低, 但 对 直 行 小 于 800mm 的 塔, 则 填 料 塔 造 价 较 低 ; (6) 板 式 塔 安 装 维 修 较 填 料 塔 容 易, 尤 其 是 直 径 较 大 的 塔

233 六 工 业 化 超 临 界 CO 2 萃 取 设 备 及 其 关 键 部 件 随 着 超 临 界 萃 取 技 术 实 验 室 研 究 工 作 的 深 入 进 行, 设 备 的 研 制 与 引 进 工 作 也 蓬 勃 展 开 我 国 引 进 的 工 业 化 超 临 界 CO 2 萃 取 设 备 分 别 来 自 德 国 Uhde 公 司, 意 大 利 Fedegari 公 司 美 国 Supercritical Processing 公 司 等 国 外 先 进 设 备 的 引 进 对 我 国 工 业 化 超 临 界 CO 2 萃 取 设 备 的 开 发 起 了 重 要 作 用 高 压 泵 快 开 快 关 装 置 压 力 精 确 控 制 的 压 力 阀 及 控 制 系 统 是 工 业 化 超 临 界 CO 2 萃 取 设 备 的 关 键 部 件, 我 国 由 于 机 械 制 造 工 业 基 础 的 原 因, 关 键 部 件 的 制 造 水 平 与 发 达 国 家 相 比 还 有 一 定 的 差 距 但 国 产 设 备 的 价 值 尚 具 有 较 好 的 竞 争 力 1. 美 国 Supercritical Processing Inc Supercritical Processing Inc 是 美 国 一 家 规 模 较 大 的 超 临 界 设 备 制 造 企 业 如 图 6-59 所 示 为 该 公 司 1988 年 制 造 的 规 模 为 lm 3 超 临 界 流 体 萃 进 料 取 装 置 具 体 工 艺 流 程 如 F-1 F-2 V-1 V-2 下 : 被 萃 取 原 料 事 先 装 于 E-1 E-2 E-3 原 料 筐 中 并 放 入 萃 取 釜 R-1 R-2 放 空 X-1 中,CO 2 流 体 经 CO 2 泵 进 V-3 去 产 品 贮 槽 V-4 E-4 入 萃 取 釜, 萃 取 有 关 成 分 VP-1 后 经 过 滤 器 热 交 换 器, P-1 P-2 降 压 进 入 分 离 釜, 分 离 出 出 渣 V-5 被 萃 取 成 分 流 程 中 设 有 E-5 P-3 二 级 分 离 釜, 循 环 CO 2 流 体 经 低 压 过 滤 冷 却 器 和 冷 凝 器 冷 凝 成 液 态 CO 2, 并 进 入 溶 剂 贮 罐, 以 便 再 图 6-59 美 国 Supercritical Processing Inc 工 业 化 超 临 界 CO 2 萃 取 设 备 流 程 R-1 R-2. 萃 取 釜 E-1. 一 级 分 离 预 热 器 V-1. 一 级 分 离 釜 V-3. 一 级 产 品 罐 ( 低 压 ) P-1. 一 号 产 品 泵 E-2. 二 级 分 离 预 热 器 V-2. 二 级 分 离 循 环 使 用 过 程 中 增 加 一 釜 V-4. 二 级 产 品 罐 P-2. 二 号 产 品 泵 F-1. 高 压 过 滤 器 F-2. 低 压 过 滤 器 E-3. 循 环 溶 剂 冷 却 器 X-1. 循 环 溶 剂 干 燥 器 E-4. 循 环 溶 剂 冷 凝 个 分 子 筛 干 燥 器 以 脱 除 循 器 V-5. 溶 剂 贮 罐 VP-1. 真 空 泵 P-3. 溶 剂 循 环 泵 E-5. 溶 剂 预 热 器 环 二 氧 化 碳 中 的 水 分 和 一 个 真 空 泵 以 减 少 系 统 中 的 不 凝 气 2. 意 大 利 Fedegari 公 司 意 大 利 Fedegari 公 司 始 建 于 1952 年, 曾 以 擅 长 制 造 医 药 高 压 灭 菌 设 备 而 闻 名 于 世 该 公 司 自 1992 年 起 挤 身 于 超 临 界 萃 取 工 艺 及 设 备 的 研 制 开 发 与 制 造, 几 年 来 与 法 国 Separex 公 司 紧 密 合 作, 很 快 走 在 了 该 领 域 的 世 界 前 沿 意 大 利 Fedegari 公 司 成 套 萃 取 装 置 工 艺 流 程 如 图 6-60 所 示 该 流 程 包 括 CO 2 萃 取 循 环 系 统 夹 带 剂 添 加 系 统 液 体 精 馏 系 统 多 级 减 压 分 离 系 统 CO 2 再 压 缩 回 收 系 统 等 几 个 子 系 统 该 装 置 基 本 参 数 为 : 萃 取 釜 容 积 :2 300L; 萃 取 压 力 :<40 MPa; 萃 取 温 度 :20~70 ; CO 2 泵 最 大 流 量 :2600 kg/h; 液 体 精 馏 柱 :Φ mm 该 工 业 化 装 置 的 特 点 如 下 : (1) 萃 取 釜 快 开 盖 采 用 楔 块 式 结 构 萃 取 器 的 快 开 盖 结 构 设 计 得 非 常 紧 凑, 在 操 作 平 台 上 的 占 地 面 积 比 普 通 法 兰 式 釜 盖 还 要 小 釜 盖 的 锁 紧 与 松 开 采 用 气 动, 由 置 于 釜 盖 上 的 气 缸 通 过 传 动 机 构 带 动 4 个 锁 块 沿 径 向 运 动, 使 锁 块 嵌 入 釜 体 法 兰 的 槽 中 来 完 成 琐 紧 过 程 为 了 保 证 安 全, 气 动 控 制 回 路 通 过 计 算 机 与 测 压 系 统 连 锁

234 (2) 分 离 系 统 采 用 三 级 串 联 分 离 釜, 可 将 萃 取 产 物 分 成 三 部 分 三 级 减 压 分 离 系 统 除 了 第 一 分 离 器 S 用 了 一 个 150 L 的 大 分 离 器 外, 第 二 分 离 釜 中 的 S21 S22 及 第 三 分 离 釜 中 的 S31 S32 为 15 L 的 旋 风 分 离 器, 其 余 6 个 减 压 分 离 器 的 容 积 均 为 3 L 每 一 组 分 离 釜 均 采 用 三 级 减 压 连 续 排 料 系 统, 由 一 系 列 小 型 旋 风 式 分 离 器 组 合 而 成, 系 统 可 通 过 CO 2 E1 R1 E2 P1 C P4 R2 E5 A1 A2 R3 P2 F E4 E3 P3 逐 级 减 压 连 续 地 排 出 液 体 物 料 并 释 放 出 液 体 中 溶 解 的 CO 2 气 体, 有 效 地 防 止 雾 沫 夹 带 但 由 于 6 个 减 压 分 离 器 的 容 积 太 小, 操 作 线 速 度 太 高, 加 上 内 部 结 构 设 计 不 大 合 理, 致 使 减 压 阀 的 出 口 因 分 离 不 彻 底 而 产 生 带 液 现 象 (3) 系 统 控 制 的 自 动 化 程 度 高 本 装 置 采 用 了 工 业 计 算 机 集 中 控 制 系 统, 正 常 的 生 产 过 程 中 所 有 的 阀 门 无 需 手 动, 全 部 由 计 算 机 控 制 指 令 完 成 计 算 机 的 操 作 系 统 采 用 Windows NT4.0, 后 期 数 据 处 理 软 件 采 用 Excel 97, 控 制 组 态 软 件 采 用 Fix 控 制 软 件 包 括 了 生 产 过 程 所 需 的 检 测 调 节 控 制 报 警 记 录 等 全 部 功 能, 整 个 装 置 共 设 置 了 10 多 个 PID 自 动 调 节 回 路 其 中, 萃 取 器 各 级 分 离 器 设 置 了 压 力 控 制 调 节 回 路 ; 各 冷 却 器 加 热 器 均 设 置 了 温 度 控 制 回 路, 采 用 气 动 调 节 阀 调 节 冷 热 水 的 流 量 来 实 现 温 度 控 制 ; 泵 的 流 量 采 用 质 量 流 量 计 来 计 量, 用 其 测 量 信 号 来 控 制 变 频 器 以 实 现 对 流 量 的 自 动 调 节 自 控 仪 表 设 计 中 比 较 有 特 色 的 是 分 离 系 统 的 仪 表 控 制 回 路 由 于 分 离 器 中 的 气 液 比 非 常 大, 压 力 波 动 很 频 繁, 无 法 采 用 液 位 压 差 来 控 制 液 体 产 品 的 排 出 这 里 每 级 之 间 的 阀 门 采 用 的 是 气 动 截 止 阀 而 不 是 气 动 调 节 阀, 由 计 算 机 程 序 按 照 时 间 比 例 来 控 制 各 阀 门 的 开 启 与 闭 合 各 级 的 操 作 压 力 采 用 机 械 定 压 阀 控 制, 既 简 便 又 稳 定 流 程 中 有 些 环 节 对 温 度 控 制 的 要 求 不 高, 比 如 各 设 备 夹 套 保 温 管 道 等 为 了 简 化 控 制 环 节, 这 些 点 位 没 有 采 用 PID 调 节 回 路, 而 是 用 电 动 阀 来 做 为 执 行 机 构, 通 过 控 制 冷 热 水 的 通 断 来 控 制 设 备 自 身 的 温 度 (4) 系 统 构 成 比 较 完 善 为 了 提 高 制 品 的 纯 化 效 果, 在 带 有 液 体 物 料 的 精 馏 系 统, 通 过 泵 P4 增 加 了 外 回 流 系 统 为 了 减 少 CO 2 损 耗, 系 统 配 有 CO 2 压 缩 机, 在 萃 取 釜 放 空 时, 可 有 效 回 收 萃 取 釜 内 残 余 的 CO 2 气 体 第 九 节 分 子 蒸 馏 设 备 E7 E8 E6 S S11 S12 S21 S22 S31 S32 S23 S33 S24 S34 图 6-60 工 业 化 设 备 工 艺 流 程 简 图 Al,A2: 萃 取 器 C: 尾 气 回 收 压 缩 机 El,E2: 冷 却 器 E3,E4, E5,E6,E7,E8: 加 热 器 F: 精 馏 柱 Pl:CO 2 泵 P2: 夹 带 剂 泵 P3: 液 体 物 料 泵 P4: 回 流 泵 Rl:CO 2 储 罐 R2: 夹 带 剂 储 罐 R3: 液 体 物 抖 储 罐 R4: 回 流 罐 S: 分 离 器 Sxx: 旋 风 分 离 器 分 子 蒸 馏 技 术 是 在 很 高 的 真 空 条 件 下, 对 物 料 在 极 短 的 时 间 里 加 热 气 化 分 离, 以 达 到 提 纯 的 目 的, 分 离 的 对 象 都 是 沸 点 高, 而 又 不 耐 高 温 受 热 时 易 分 解 的 物 质 系 统 压 力 一 般 在 0.133~1.33Pa 范 围 内, 物 料 受 热 时 间 仅 0.05s 左 右 在 分 子 蒸 馏 设 备 的 研 制 中, 我 国 研 究 人 员 基 本 解 决 了 工 业 化 生 产 中 容 易 出 现 的 突 出 问

235 题, 如 物 料 返 混 问 题 动 静 密 封 问 题, 实 现 了 工 业 装 置 高 真 空 下 的 长 期 稳 定 运 行 一 分 子 蒸 馏 的 基 本 概 念 与 原 理 分 子 蒸 馏 是 在 高 真 空 中 进 行 的 一 种 非 平 衡 蒸 馏 其 蒸 发 面 与 冷 凝 面 的 距 离 在 蒸 馏 物 料 的 分 子 的 平 均 自 由 程 之 内 所 谓 自 由 程, 即 是 一 个 分 子 与 其 它 气 体 分 子 每 连 续 二 次 碰 撞 走 过 的 路 程 相 当 多 的 不 同 自 由 程 的 平 均 值, 叫 做 平 均 自 由 程 (mean free path) 此 时, 物 质 分 子 间 的 引 力 很 小, 自 由 飞 驰 的 距 离 较 大, 这 样 由 蒸 发 面 飞 出 的 分 子, 可 直 接 落 到 冷 凝 面 上 凝 集, 从 而 达 到 分 离 的 目 的 因 此, 分 子 蒸 馏 最 大 的 特 点 是 蒸 发 的 分 子 不 与 其 2 他 分 子 碰 撞 即 可 到 达 冷 凝 面, 高 真 空 可 以 使 得 蒸 发 在 低 温 中 进 行, 这 对 热 稳 定 性 差 与 高 分 子 量 的 物 质 蒸 馏 1 1 亦 就 有 了 可 能 3 为 了 更 为 直 观 的 说 明, 参 见 图 6-61 所 示 在 图 左 边 的 状 态 中, 因 为 真 空 度 低, 残 存 有 空 气, 从 蒸 汽 一 面 得 到 热 能 飞 出 的 物 质, 在 途 中 与 其 他 分 子 图 6-61 分 子 蒸 馏 器 的 原 理 碰 撞 又 返 回 到 蒸 发 面 但 是, 若 进 而 提 高 真 空 度, 则 1. 冷 却 器 2. 残 存 空 气 3. 蒸 馏 物 料 可 变 为 右 边 的 状 况 在 图 右 边 的 状 态 中, 真 空 度 充 分 提 高, 从 蒸 发 面 飞 出 的 分 子, 可 不 与 其 他 物 质 分 子 碰 撞, 即 能 到 达 冷 却 面 象 这 样 的 蒸 馏 即 称 之 谓 分 子 蒸 馏 二 分 子 蒸 馏 设 备 的 构 成 过 去 几 十 年 来, 分 子 蒸 馏 设 备 研 制 的 形 式 多 种 多 样, 发 展 至 今, 大 部 分 已 被 淘 汰, 目 前 应 用 较 广 的 为 离 心 薄 膜 式 和 转 子 刮 膜 式 ( 也 称 降 膜 式 ) 这 两 种 形 式 的 分 离 装 置, 也 一 直 在 不 断 改 进 和 完 善, 特 别 是 针 对 不 同 的 产 品, 其 装 置 结 构 与 配 套 设 备 要 有 不 同 的 特 点 1. 降 膜 式 分 子 蒸 馏 器 图 6-62 为 降 膜 式 分 子 蒸 馏 器 的 一 种 形 式 该 装 置 是 采 取 重 力 使 蒸 发 面 上 的 物 料 变 为 液 膜 降 下 的 方 式 为 将 物 科 加 热, 蒸 发 物 就 可 在 相 对 方 向 的 冷 凝 面 上 的 凝 缩 该 型 式 装 置 的 要 点 是 如 何 使 物 料 在 蒸 发 面 形 成 均 一 的 液 膜, 采 用 旋 转 刷 等 机 构 或 将 蒸 发 面 转 动, 都 可 促 进 液 膜 的 均 匀 化, 然 后 将 在 蒸 馏 中 分 解 的 物 质 及 其 他 杂 质 去 除 但 是, 即 使 如 此, 也 很 难 得 到 均 匀 的 液 膜, 同 时 加 热 时 间 也 较 长 另 外, 从 塔 顶 到 塔 底 的 压 力 损 失 相 当 大, 所 以 有 蒸 馏 温 度 变 高 的 缺 点 对 热 不 稳 定 的 物 质 其 适 用 范 围 也 有 旋 转 汽 液 分 离 器 冷 却 液 供 给 液 真 空 排 气 系 统 冷 凝 器 ( 多 管 或 盘 管 ) 旋 转 刷 加 热 夹 套 溶 液 旋 转 分 散 器 残 留 液 馏 出 液 图 6-62 降 膜 式 分 子 蒸 馏 器 的 结 构

236 一 定 的 局 限 性 一 般 实 验 室 用 的 分 子 蒸 馏 装 置 多 为 降 膜 式 2. 离 心 式 分 子 蒸 馏 器 图 6-63 是 离 心 式 分 子 蒸 馏 器 之 一 例 该 装 置 是 将 物 料 送 到 高 速 旋 转 的 转 盘 中 央, 并 在 旋 转 面 扩 展 形 成 薄 膜, 同 时 加 热 蒸 发, 使 之 在 对 面 的 冷 凝 面 中 凝 缩 作 为 分 子 蒸 馏 器, 这 是 目 前 较 为 理 想 的 一 种 装 置 但 是, 与 其 他 方 法 相 比, 因 为 有 高 速 转 盘, 需 要 高 真 空 密 封 技 术 在 进 行 分 子 蒸 馏 中, 除 了 蒸 馏 器 主 体 之 外, 还 必 需 有 按 照 处 理 物 料 的 性 质 规 模 等 配 备 相 对 应 的 各 种 附 属 装 置 其 中 主 要 有 脱 气 器 各 种 真 空 泵 冷 阱 冷 冻 机 耐 真 空 性 液 料 泵 等 图 6-64 为 从 油 脂 精 炼 脱 臭 馏 出 物 中 图 6-63 离 心 式 分 子 蒸 馏 器 分 离 维 生 素 E 的 离 心 式 分 子 蒸 馏 系 统 系 1. 进 料 管 2. 蒸 发 器 3. 加 热 器 4. 冷 凝 器 5. 蒸 馏 统 由 加 料 装 置 ( 原 料 罐 进 料 泵 预 热 器 ) 液 收 集 槽 6. 残 液 收 集 槽 7. 密 封 轴 承 8. 驱 动 马 离 心 式 分 子 蒸 馏 器 ( 分 子 蒸 馏 器 主 体 加 达 9. 真 空 泵 10. 蒸 馏 液 出 口 11. 残 液 出 口 热 器 轴 封 装 置 ) 真 空 系 统 ( 冷 阱 油 扩 散 泵 油 旋 转 泵 ) 和 出 料 系 统 ( 馏 出 罐 残 渣 罐 ) 组 成 原 料 由 进 料 W 泵 6 从 原 料 罐 7 1 经 过 预 热 器 4 预 9 热 至 所 要 求 的 温 度, 泵 入 分 子 蒸 馏 器 蒸 发 室 转 盘 ( 蒸 W 4 10 发 面 ), 物 料 在 转 盘 上 因 离 心 力 的 12 作 用 形 成 厚 度 S 5 S ~0.02mm 的 S 13 薄 膜, 其 中 沸 点 较 低 的 组 分 因 受 热 S 7 W 冷 却 水 S 蒸 汽 和 高 真 空 度 的 作 S 用 迅 速 蒸 发, 并 在 6 油 脂 脱 臭 馏 出 物 与 转 盘 平 行 的 冷 凝 面 上 冷 凝, 进 入 馏 出 物 馏 出 罐 5, 沸 点 较 高 的 组 分 图 6-64 离 心 式 分 子 蒸 馏 器 制 取 V E 工 艺 流 程 图 1. 离 心 式 分 子 蒸 馏 主 体 2. 加 热 器 3. 轴 封 装 置 4. 预 热 器 5. 馏 出 罐 6. 进 料 泵 7. 原 料 罐 8. 残 渣 罐 冷 阱 11. 油 扩 散 泵 油 旋 转 泵

237 则 进 入 残 留 物 收 集 罐 8, 而 这 一 切 都 是 在 极 短 的 时 间 内 完 成 的, 因 而 不 存 在 物 料 因 受 热 而 改 变 其 性 质 的 问 题, 使 常 规 条 件 下 难 以 分 离 的 组 分 得 以 分 离 蒸 发 系 统 的 真 空 度 由 油 旋 转 泵 12 油 扩 散 泵 11 冷 阱 9 完 成, 为 了 保 持 进 出 料 正 常 进 行, 进 出 料 罐 也 必 须 保 持 与 蒸 发 室 相 同 的 压 力, 由 油 旋 转 泵 12 和 13 冷 阱 10 完 成 思 考 题 : 1. 过 滤 与 压 榨 的 主 要 区 别 在 于 何 处? 2. 萃 取 与 膜 分 离 的 区 别 在 哪 里? 3. 有 机 溶 剂 萃 取 和 超 临 界 流 体 萃 取 的 区 别 在 哪 里? 4. 按 照 操 作 原 理 离 心 机 分 哪 几 类? 列 举 5 个 离 心 机 在 食 品 加 工 中 的 应 用 5. 简 要 描 述 分 子 蒸 馏 设 备 的 主 要 工 作 原 理 及 其 在 食 品 工 业 中 的 应 用 6. 根 据 膜 的 构 成, 膜 组 件 被 分 为 哪 几 类, 在 应 用 中 有 何 主 要 区 别?

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