運用純化濃縮磁攪裝置分離純化方式.docVIP

磁攪拌過濾分離 利用適當孔徑的濾膜來分離或濃縮不同分子量的蛋白質刮刀式攪拌濾液通量 原理： 欲將某蛋白質從其存在的起始環境中純化成為特殊用途的單一物質，需經由一連串複雜的回收、純化、品質分析與控制等程序始能達成。一般膜分離(membrane separation)的成效，通常由兩個指標判定：濾液通量(filtration flux)及溶質選擇率(selectivity) ，其中濾液通量尤為膜過濾性能的重要指標。在過濾過程中濾液通量衰減現象的原因，可以歸納成濃度極化(concentration polarization)及膜結垢(membrane fouling)等兩個主要因素。濃度極化現象通常是一個可逆的過程，主要是因為過濾的進行，將溶質或粒子帶向濾材表面而形成一個高濃度的邊界層。此外固體微粒亦可能在濾膜表面上累積形成濾餅造成過濾的阻力。膜結垢則是因為溶質或粒子在濾材孔道內的阻塞，為一個不可逆的過程，此現象可能是由於粒子的吸附、流體力學特性、或是化學變化而發生。一般而言，降低濃度極化及預防結垢可以採用的方法有：透過清洗或逆洗的步驟來去除結垢物；利用薄膜模組內流場的設計來避免膜面上粒子的堆積及結垢，如膜面附加刮刀攪拌、掃流方式操作或於模組內置入擾流物等；降低膜材料對進料粒子的親和性來減低結垢物的堆積與吸附；如外加震波、超音波、電場或磁場來減少結垢等均有人採用。一般影響濾液通量的因素，有薄膜本身之特性(如：孔隙大小、孔隙面積、表面粗糙度及材料等) 、溶液的性質(如： pH值與離子強度等)及操作條件等。其中有關操作條件的影響包含： 1.透膜壓差(TMP, Trans-Membrane Pressure difference) ：對純水而言，濾速與透膜壓差呈線性關係，其斜率取決於濾膜之性質；對溶液而言，在低透膜壓差下，濾速隨透膜壓差呈線性遞增，為壓力控制區域；而當透膜壓差逐漸增大，濃度極化現象漸趨明顯，濾速增加的趨勢變緩，最後濾速可能趨於一固定值是為極限濾速(limiting flux) ，此時濾速不再隨透膜壓差的改變而變化，此乃因濃度極化層之阻力隨著透膜壓差之增加而增加所致，此為質傳控制區。 2.進料濃度：進料濃度的增加會使溶質在濾膜表面累積的機率增大，導致阻力變大而降低濾速。此外濃度的改變亦會影響溶液的黏度、密度及擴散係數等物理性質，也就影響了濾速。 3.掃流速度的影響：掃流速度可以在薄膜表面形成剪切應力，使得溶質不易在表面堆積，因而可以減輕表面之濃度極化現象。隨著掃流速度的增大，濾速也隨之增大，但其影響仍有所極限。 4.溫度的影響：通常隨著操作溫度的增高，濾速也隨著增大。溫度的高低會影響流體的黏度、密度以及各成分的擴散係數，因此會影響濾速。本實驗用適當孔徑的濾膜來分離或濃縮不同分子量的蛋白質以刮刀式攪拌方式避免膜面之沈積阻塞，並可利用氮氣加壓或低轉速蠕動幫浦抽取，能加速分離或濃縮的速度。藉著不同過濾液(水及牛奶) 、不同過濾壓力以及有無攪拌的過濾操作，使同學對一般影響過濾的因素有所認識。 實驗步驟： 一、裝設磁攪拌過濾裝置(只須作到步驟7)： 將純化濃縮磁攪裝置，平放在工作檯上，並小心將外部的保護框架 (Retaining Stand Assembly) 挪除。(裝置各部名稱，參閱圖一) 將蓋子的黑色解壓鈕 (Pressure Relief Knob) 轉至水平位置。 將底部旋開，取出置膜盤 (Membrane Holder), 並取下置膜盤上的橡膠墊圈 (O-ring) 。 取一張適當孔徑的膜 (50K)，小心的將光亮面朝上放在置膜盤上，然後將橡膠墊圈放在膜上，並輕壓橡膠墊圈使膜平整鋪在置膜盤上。請小心避免濾膜表面與任何硬物(如指甲)接觸刮傷。 將裝好膜的置膜盤與壓克力的儲液槽 (Cell Body) 結合 (置膜盤的垂片要坎入儲液槽的凹洞), 並將底部旋回去,注意要旋緊及密合。 將濾過物流出管 (Filtrate Exit Tubing) 插到置膜盤流出口。 將磁攪拌棒裝入儲液槽中 (磁攪拌棒上部支臂會架在槽壁的脊沿上) 。 將約350ml純水倒入儲液槽中使呈八分滿, 並蓋上蓋子 (因有O-ring, 要稍微旋一下), 同時蓋子上的進氣口與下面濾過物流出口要方向相反。 將蓋子的黑色解壓鈕轉至水平位置 (開), 並將整個裝置好的儲液槽放回保護框架, 儲液槽的底部要放入保護框架的洞中。 將蓋子的黑色解壓鈕轉至垂直位置 (關) 。 如附圖二所示，安裝氣體壓力管線, (1)先將蓋子前面六角螺帽旋下, 並將O-ring 拿下 (2)將紅色的耐高壓氣管穿過螺帽 (a), 再穿過金屬環 (b) 約1/2英吋 (金屬環方向不能裝錯, 凸面要朝向管端貼向白色墊片凹面), 再穿過白色墊片 (c) 並使凹面朝向金屬環, 最後再套入O-ring