1、生化产品检测与分析所布置的作业及其解答一.绪论1.生物工程分析定义。是一门研究和讨论生物工程领域所需要的分析检验技术的方法、原理、仪器装置、操作要点以及应用范围等为主要内容的工具学科，它是生物工程学科的一个重要的组成部分。2.生物工程分析的作用有哪些?（1）在化学学科发展中具有重要的作用。包括分子科学、遗传密码和人类基因组计划（2）在化学研究工作中的作用：新物质鉴定，结构与性能的断定（3）在现代生物化学工业中的作用：质量控制与自动检测（4）药物：天然药物的有效成分与结构，构效关系研究（5）外层空间探索：微型、高效、自动、智能化仪器研制（6）生活产品的质量（生产原料及辅料的质量、鱼新鲜度、食品添
2、加剂、农药残留量）（7）有利于控制和指导生化产品的生产，执果索因。因此，它对科研开发、生产管理、质量安全、流通消费、技术监督等岗位都有重大的作用。2.生物工程分析中常用的分析方法有哪些?可从感官法，化学法，物理法，物理化学法，生物法等来阐述。然后举例说明。第 2 章 生物工程分析的基础知识1.分析样品进行分析时的通常程序是什么？样品的采集、制备和保存，样品预处理，成分检验与分析，数据处理和整理报告。2.评价分析方法的好坏标准有哪些?在研究一个分析方法的好坏时，通常用精密度、准确度和灵敏度三项指标评定。此外还考虑线性和线性范围、耐用性、选择性等。3.选择分析方法时应考虑哪些因素?答：（1）分析要
3、求的准确度、精密度和灵敏度；（2）分析方法的繁简和速度（3）样品的特性；（4）现有条件。4.名词解释:精密度 准确度 回收实验 空白实验 变异系数 （1）精密度是指对同一样品多次测定，每次测定结果与均值的符合程度。（2）准确度是指测定值与真值之间的符合程度。(3) 回收实验: 在样品中加入一定量被测物质，然后用同样方法测定的实验，测得值与理论值之比乘以 100%即为回收率。(4) 空白实验指不加入待测样品，其它的测定过程、方法和试剂均与测定样品相同的试验。(5)变异系数（CV ）( 相对标准偏差 ):是样本标准偏差与样本均数的百分比值。5.常用的预处理方法有哪些，各有什么特点？答：(1)溶解法
4、(2)蒸馏法（3）有机物破坏法 干法灰化 湿法消化（4）溶剂提取法溶剂分层法浸泡法盐析 （5）色层分离法（6）其它的生化分离提纯技术各特点是：.（注意要说明特点）第 4 章 化学分析法1.蛋白质常用的测定方法为？其测定原理是？常用的步骤包括哪些？蛋白质常用的测定方法为凯氏定氮法，其测定原理为：先消化使含氮物质以铵盐形式存在，然后蒸馏，使铵盐变成氨气蒸出来，然后吸收使之与硼酸结合成盐，然后用酸滴定。故包括的主要步骤消化,蒸馏,吸收和滴定。2.直接滴定法测定还原糖时，为什么必须在沸腾状态下进行滴定？答:滴定必须在沸腾条件下进行，其原因是 :(1)可以加快还原糖与 Cu2+的反应速度；(2) 是次甲
5、基蓝变色反应是可逆的，还原型次甲基蓝遇空气中氧时又会被氧化为氧化型。(3)氧化亚铜也极不稳定，易被空气中氧所氧化。保持反应液沸腾可防止空气进入，避免次甲基蓝和氧化亚铜被氧化而增加耗糖量。 （答对一条记 2 分）3.直接滴定法测定还原糖的试剂甲液和乙液为什么要分开放？答：因为溶液在碱性环境下，生成的氢氧化铜易被细菌分解生成氧化亚铜沉淀而影响实验结果。4.名词解释：蛋白质系数，还原糖答：（1）蛋白质系数：表示 1 份含氮量相当于蛋白质含量的份数。（2）还原糖：具有还原性的糖类。分子中含有游离醛基或酮基的单糖和含有游离醛基的双糖都具有还原性。5.常用的脂类提取剂有哪些？乙醚，石油醚，氯仿-甲醇，乙醇
6、等。6.索氏提取法的原理、仪器构造、优点和工作过程分别是什么？答：原理：利用脂类易溶在乙醚等有机溶液中，采用该有机溶剂进行回流提取，使样品中的脂肪充分提取到溶济中。优点：因用易挥发溶剂在索氏提取器里不断地蒸发、冷凝、溶解被提取物、纯溶剂再蒸发、冷凝、溶解被提取物，一直到把被提取物提取干净。这一方法不易被饱和，简单、提取完全。 工作过程：球瓶内放有机溶剂，经水浴加热使溶剂不断蒸发。提取筒内装样品，溶剂蒸气经冷凝器冷凝后不断滴入提取筒内。溶剂在此与样品充分接触，溶解其中的脂肪。 （3 分）经过一定时间后，溶剂不断蒸发，冷凝，样品受到一次次新鲜溶剂的浸泡，直到样品中所有的脂肪完全溶出止。 第 5 章
7、 紫外-可见分光光度法1.电子跃迁有哪几种类型,这些类型各处于什么波长范围?答：电子跃迁通常包括 n , , n , 。 吸收波长 200nm ，一般吸收波长在 250nm800nm 之间。2.何谓助色团、生色团、吸收光谱？试举例说明（1）生色团：含有 键的不饱和基团称为生色团。简单的生色团由双键或叁键体系组成，如乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基-NN- 、乙炔基、腈基 -CN 等。（2）助色团：有一些含有 n 电子的基团(如-OH、-OR、-NH、-NHR、-X 等)，它们本身没有生色功能(不能吸收 200nm 的光)，但当它们与生色团相连时，就会发生 n- 共轭作用，增强生色团的生色能力，这样
8、的基团称为助色团。（3）吸收光谱：不同波长光对样品作用不同，其吸收强度与波长关系的图。如紫外吸收光谱的 A- 作图。3.分光光度计由哪些部件组成,各部件的作用是什么?答：分光光度计由光源、单色器、样品室、检测器和显示系统组成。其中光源提供连续光谱；单色器分离出所需要的窄波段的光束；样品室主要用于放置样品或含样品的溶液；检测器用于将光信号转变为电信号，显示系统通常包括检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理。4.紫外-可见分光光度法通常对哪些分析条件进行选择 ?答：最大吸收波长，吸光度范围，狭缝的宽度和反应条件包括显色剂及其量的选择，显色条件的选择，参比溶液的选择等。第 6 章.荧光分光
9、光度法1.名词解释：荧光与磷光；激发光谱与发射光谱的定义及区别。答：（1）荧光与磷光均是辐射跃迁，其中荧光发射：当激发态的分子通过振动驰豫内转移振动驰豫到达第一单线激发态的最低振动能级时，第一单线激发态最低振动能级的电子可通过发射辐射（光子）跃回到基态的不同振动能级，此过程称为 “荧光发射” ，时间较短。磷光发射：第一电子三线激发态最低振动能级(亚稳态) 的分子以发射辐射（光子）的形式回到基态的不同振动能级，此过程称为 “磷光发射” ，时间较长。（2）激发光谱：将激发荧光的光源用单色器分光，连续改变激发光波长，固定荧光发射波长，测定不同波长激发光下物质溶液发射的荧光强度(I)，作 I 光谱图称
10、激发光谱。而发射光谱指选择 ex 作激发光源，用另一单色器将物质发射的光谱进行分光，记录不同发射波长时的 I，作 I- 光谱图称为发射光谱。2.荧光物质的分子结构通常具备哪些特点？答:（1）具有大的共轭 键结构。 （2）具有刚性的平面结构。（3）具有最低的单线电子激发态。（4）取代基团为给电子取代基。 3.荧光分光光度计在结构上与紫外分光光度计有何异同?答:紫外分光光度计结构为光源、单色器、样品室、检测器和显示系统组成。测量荧光的仪器主要由四个部分组成：激发光源、样品池、双单色器系统、检测器。特殊点：有两个单色器；光源与检测器通常成直角；单色器位置不同；比色皿不同(荧光要用四面透光的) 。（补
11、充）原子吸收分光光度法(AAS)1.原子吸收分光光度法和其它分光光度法有啥区别？答：AAS 同 US-VIS 的比较在基本原理和仪器基本组成方面有某些相似之处。a. 仪器结构光源 单色器 吸收池 检测系统 (UV-VIS )光源 原子化系统 单色器 检测系统（AAS)；b.研究对象UV-VIS:溶液中的分子吸收，吸收谱带较宽；AAS: 基态原子吸收，吸收谱带很窄。由于它们吸收光谱的显著不同，因而在试样处理技术、 实验方法和仪器结构等方面也不相同，使原子吸收法在光谱分析中成为一个独立的分支。2.常用的原子化方法有哪些,各有什么特点?火焰法，非火焰法，非火焰法包括石墨炉法和冷原子还原法等。其中火焰
12、法试样雾滴在火焰中，经蒸发，干燥，离解（还原）等过程产生大量基态原子。电热高温石墨炉法包括干燥；灰化；原子化和除残。冷原子化（cold-vapour atomization)（化学原子化，低温原子化法）和氢化物原子化。从大量基体中分离出来，它比火焰法低 1-3 个数量级，选择性好且干扰也小。 火 焰 原 子 化 法 和 石 墨 炉 原 子 化 法 的 比 较火 焰 法 石 墨 炉 法原 子 化 原 理 火 焰 热 电 热最 高 温 度 295 30 原 子 化 效 率 10 %90 % 以 上试 样 体 积 约 1 mL 5-10 L灵 敏 度 低对 cd: 0.5 pb对 Al: 2 高对
13、cd: 0.2 pb对 Al: 1. 重 现 性 (RSD) 0.5 -1.0 %1.5 - %基 体 效 应 小 大第七章.薄 层 色 谱 法1. 比移值,分配系数,分离度,理论塔板数,外标法和内标法的含义及求法分别是什么?(1) 用来表征斑点位置的基本参数通常称作比移值，用 Rf 表示。(2) 分配系数指分离达到平衡时，组分在固定相和流动相的浓度之比。(3)分离度：表示峰分离的程度，是表征色谱选择性的一个重要参数。（4） 理论塔板数：它是从热力学平衡角度描述组分在固定相和流动相中的动力学特征，能定量地描述的柱效。n=16L s/W2(5)外标法：此法是薄层定量最常用的方法。定量时，点样量必
14、须准确，样品与对照品应点在同一块薄层板上。用已知含量的对照品得出样品含量的一种方法。(6)内标法:选一个纯度高、化学性质稳定、在薄层上能与对照品分开的物质作内标物，并准确称取加到被测物中，根据内标物的质量算出被测物的含量。2.简述薄层色谱法分离样品的步骤.制板，活化，点样，展开。第 8 章 气相色谱法1.气相色谱仪由哪几部分组成？各部分的作用。1.气相色谱仪的基本设备包括哪几部分?各有什么作用?答：包括载气系统、进样系统、分离系统、温控系统以及检测和记录系统1）载气系统提供流动相，包括气源、气化净化和气体流速控制部件。除去水、氧等有害物质，使流量按设定值恒定输出；2）进样系统包括进样装置和气化
15、室，其作用是将液体或固体试样，在进入色谱柱前瞬间气化，然后快速定量地转入到色谱柱中3）分离系统包括色谱柱和柱箱，其作用是分离样品中的各组分。4）温控系统主要控制气化温度、柱温和检测器温度；检测系统包括检测器、放大器，通过检测器把浓度信号转换成电信号；5） 记录及数据处理系统。其作用是将检测到的电信号经处理后记录、并显示。2.简述色谱定性、定量分析的依据保留时间定性，峰高或峰面积定量。3.根据速率理论讨论一下影响气相色谱效能的因素答:A 称为涡流扩散项 , B 为分子扩散项， C 为传质阻力项。范弟姆特方程式对于分离条件的选择具有指导意义。它可以说明 ，填充均匀程度、担体粒度、载气种类、载气流速
16、、柱温、固定相液膜厚度等对柱效、峰扩张的影响。用在不同流速下的塔板高度 H 对流速 u 作图，得 H-u 曲线图。在曲线的最低点，塔板高度 H 最小 ( H 最小 ) 。此时柱效最高。该点所对应的流速即为最佳流速 u 最佳 ，即 H 最小 可由速率方程微分求得：H min=A+2fR原 点 中 心 至 斑 点 的 距 离原 点 中 心 至 展 开 剂 前 沿 的 距 离12dW两 个 斑 点 中 心 距 离 两 峰 顶 距 离两 个 斑 点 宽 度 的 平 均 值 两 峰 底 宽 度 的 平 均 值4.比较热导池检测器和氢火焰检测器的优缺点。答：热导池检测器和氢火焰离子化检测器的区别就是在于，
17、热导池检测器是样品进入色谱柱后通过热导池加热然后给热导池放大器一个电讯号，最后仪器根据产生的电讯号的不同而打出不同的谱图，它所用的载气只有一种就可以了，载气的种类要根据你自己做的样品的不同来选择，最常用的是 H 气，国外用氦气，氩气，但是成本高。而氢火焰离子化检测器则用三路气体，N,H,O 气其中，氮气是载气，氧气和氢气都是助燃器，样品进入柱子后由载气送到氢火焰离子化检测器里，得到充分的燃烧，在样品燃烧时候产生的不同的讯号的大小被收集圈收集，在变为电讯号就会产生不同的样品图谱，在实际工作中现在用氢火焰检测器的多因为它比热导检测器的灵敏度大，分离度好，对异构体来说效果更好。同时进样品的量少，这样
18、可以减少对色谱柱的损毁。热导池检测器是通用型的，氢火焰检测器主要用于有机化合物进行检测。5.气相色谱常用的检测器有哪些？如何进行选择，请举例说明。答：气相色谱常用的检测器有热导检测器、氢焰离子化检测器、电子捕获检测器和火焰光度检测器等。热导检测器(TCD)属于多用型微分检测器，不论对有机物还是无机物一般都能响应，因此，热导检测器在分析工作中得到广泛的应用。(二) 氢焰离子化检测器 (FID)，属于多用型微分检测器，由于它对绝大部分有机物有很高的灵敏度，因此，氢焰检测器在有机分析中得到广泛的应用。(三)电子捕获检测器电子捕获检测器(ECD)，属于专用型微分检测器，由于它对电负性物质 (例如：含卤
19、、硫、磷、氮等物质)有很高的灵敏度，因此在石油化工、环境保护、食品卫生、生物化学等分析领域中得到广泛的应用。(四)火焰光度检测器火焰光度检测器(FPD)，属于专用型微分检测器，由于它对含硫、磷的化合物有很高的灵敏度，因此，在石油化工、环境保护、食品卫生、生物化学等分析领域中得到广泛的应用。(五) 热离子检测器热离子检测器(Thermionicdetector 或 Nitrogenphosphorousdetector,NPD),又称氮磷检测器、热离子发射检测器、碱火焰电离检测器等，属于专用型微分检测器，由于它对含电负性原子特别是含氮、磷、硫、卤素等有机化合物有很高的灵敏度，因此，在医药卫生、农
20、药残留以及环境保护等的分析工作中应用广泛。第 9 章 高效液相色谱分析1.什么是化学键合固定相,它的优点是什么?解:利用化学反应将固定液的官能团键合在载体表面形成的固定相称为化学键合固定相.优点:a.固定相表面没有液坑,比一般液体固定相传质快得多。b. 无固定相流失,增加了色谱柱的稳定性及寿命。c.可以键合不同的官能团，能灵活地改变选择性，可应用与多种色谱类型及样品的分析。 d.有利于梯度洗脱,也有利于配用灵敏的检测器和馏分的收集.2.正相色谱、反相色谱和梯度洗脱的定义。（1）正相色谱：固定相的极性大于流动相的极性（2）反相色谱：固定相的极性小于流动相的极性（3）梯度洗脱：在一个分析周期内，按
21、一定程序不断改变流动相的组成或浓度配比，称为梯度洗脱是改进液相色谱分离的重要手段3.高效液相色谱对流动相有哪些要求?答：（1）溶剂对于待测样品。必须具有合适的极性和良好的选择性。（2）溶剂要与检测器匹配。对于紫外吸收检测器，应注意选用检测器波长比溶剂的紫外截止波长要长。所谓溶剂的紫外截止波长指当小于截止波长的辐射通过溶剂时，溶剂对此辐射产生强烈吸收，此时溶剂被看作是光学不透明的，它严重干扰组分的吸收测量。对于折光率检测器，要求选择与组分折光率有较大差别的溶剂作流动相，以达最高灵敏度。（3）高纯度。由于高效液相灵敏度高，对流动相溶剂的纯度也要求高。不纯的溶剂会引起基线不稳，或产生“伪峰” 。痕量
22、杂质的存在，将使截止波长值增加 50100nm。（4）化学稳定性好。不能选与样品发生反应或聚合的溶剂。(5)低粘度。若使用高粘度溶剂，势必增高压力，不利于分离。常用的低粘度溶剂有丙酮、乙醇、乙腈等。但粘度过于低的溶剂也不宜采用，例戊烷、乙醚等，它们易在色谱柱或检测器内形成气泡，影响分离.4.高效液相色谱与气相色谱的区别与联系 答：液相色谱与气相色谱的比较液相色谱所用基本概念和基本理论基本一致。液相色谱所用的仪器设备和操作条件与气相色谱不同，所以，液相色谱与气相色谱有一定差别，主要有以下几方面：1）应用范围不同GC 仅能分析在操作温度下能气化而不分解的物质。对高沸点化合物、非挥发性物质、热不稳定
23、化合物、离子型化合物及高聚物的分离、分析较为困难。致使其应用受到一定程度的限制，只有大约 20%的有机物能用气相色谱分析；HPLC 则不受样品挥发度和热稳定性的限制，它非常适合分子量较大、难气化、不易挥发或对热敏感的物质、离子型化合物及高聚物的分离分析，大约占有机物的 70 - 80%。2）流动相的作用不同气相色谱的流动相载气是色谱惰性的，不参与分配平衡过程，与样品分子无亲和作用，样品分子只与固定相相互作用。液相色谱流动相液体也与固定相争夺样品分子，为提高选择性增加了一个因素。也可选用不同比例的两种或两种以上的液体作流动相，增大分离的选择性。 （3）操作条件：GC 需高温；HPLC 通常在室温
24、下进行，高压（液体粘度大，峰展宽小） 。 （4）色谱柱： GC 填充柱 16m，毛细管柱 20100m，螺旋型； HPLC 15cm 或 25cm，直型。(5)分离效率不同 HPLC：大于 3 万塔板/米（GC：10 3 塔板/ 米）(6)仪器构造不同 HPLC:脱气装置，高压泵；GC：汽化室，温控系统（7）检测器的类型不同第 12 章 酶法分析1. 常规测定酶活力的操作步骤？（1） 对样品酶液进行适当稀释（2） 进行酶促反应（3） 测定反应量：一般是测定反应产物生成量。具体的方法根据被测物质的理化性质而定（4）计算酶活力（u/ml，u/g）2.试举例说明如何测定反应量？ 如果反应物或产物光学
25、性质变化明显，可采用紫外光、可见光、旋光或荧光等光学仪器进行测定如果 pH 或电化学性质变化大，可采用酸碱滴定或电位滴定等方法测定 如果底物或产物能与另外的试剂进行显色或产生其它表观性状易检测的反应，则可取出一定的反应样液，通过化学反应显色等方法进行底物或产物变化量的测定。第 14 章 生物传感器1. 生物传感器的定义模型a) 由感受器对待测物质进行分子识别，发生生物化学变化，产生的信息通过换能器转变成电信号或光信号，由检测器检测出待测物质的含量的一种分析方法。b) 感受器c) 换能器d) 检测器 2. 生物传感器的分类主要有哪些？按照其感受器中所采用的生命物质分类，可分为：微生物传感器、免疫传感器、组织传感器细胞传感器、酶传感器、DNA 传感器等等；按照传感器器件检测的原理分类 ，可分为：热敏生物传感器、场效应管生物传感器、压电生物传感器、光学生物传感器、声波道生物传感器、酶电极生物传感器、介体生物传感器等。按照生物敏感物质相互作用的类型分类，可分为亲和型和代谢型两种。3. 电化学方法中常用的电极类型有哪些?根据作用可分为工作电极，参比电极和辅助电极。根据检测类型电流型和电压型等。
