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膜法水处理实验(三)——超滤膜截留分子量测定


膜法水处理实验(三)——超滤膜截留分子量测定
一、 实验目的
(1) 掌握超滤膜截留分子量测定的基本方法和途径。 (2) 了解不同标准溶液对膜截留性能表征的差异。 (3) 掌握蛋白质的测定方法。

二、 实验原理
截留分子量是指在一定条件下,某些分子量的物质被膜截留,被截住物质的 最小分子量即为膜的截留分子量,用以表征膜的分离能力

。由于直接测定超滤膜 的孔径相当困难, 所以使用已知分子量的球状物质进行测定。如果膜对被截留物 质的截留率大于 90%时, 就用被截留物质的分子量表示膜的截留性能, 称为膜的 截留分子量。实际上,所使用的物质并非绝对的球形,由于实验条件的限制,所 测定的截留率也有一定的误差。 加之,膜的制备方法决定了膜孔本身的尺寸大小 并不是一致,而是围绕某一中心值呈现一定的分布。因此,截留分子量并不能完 全代表膜的分离能力。 本实验使用紫外分光光度法测试平板超滤膜对两种不同分子量大小的蛋白 质溶液的截留效果。根据透过液中蛋白质含量,计算超滤膜截留率,估算平板超 滤膜孔径大小,确认平板膜的性能。实验原理如下: 配制不同分子量的蛋白质溶液, 分别用紫外分光光度法测试通过平板膜前后 蛋白质溶液浓度的变化, 计算出平板超滤膜对不同分子量蛋白质的截留率,估算 膜的截留分子量。

三、 实验装置与设备
浓缩液 压力表

调 压 阀 料液罐 透 过 液

隔膜泵

图 1 实验装置图

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1、自制平板膜过滤装臵一套,含隔膜泵、压力表、流量计、膜组件支架等单元, 如图 1 所示。 2、超滤平板膜,截留分子量约为 50 kDa。使用前膜片浸泡在去离子水中。 3、紫外分光光度计; 4、千分之一电子天平; 5、PH 计; 6、容量瓶、吸管、烧杯等; 7、去离子水; 8、卵清蛋白(分子量 45000) :卵蛋白片; 9、牛血清白蛋白(分子量 67000) :生化试剂。 10、氯化钠(NaCl) :分析纯; 11、氯化钾(KCl) :分析纯; 12、磷酸二氢钾(KH2PO4) :分析纯; 13、磷酸氢二钾(K2HPO4) :分析纯; 14、HCl:分析纯;

四、 实验步骤
1、蛋白溶液标准曲线的绘制 a、0.01M 磷酸盐缓冲溶液(PBS)的配制方法 称 7.9g NaCl,0.2g KCl,0.24g KH2PO4(or 1.44g Na2HPO4)和 1.8g K2HPO4,溶 于 800 ml 蒸馏水中,用 HCl 调节溶液的 pH 值至 7.4,最后加蒸馏水定容至 1L。 保存于 4℃ 冰箱中即可。(PBS 的作用就是不影响蛋白质变质) 需要注意的是,通常所说的浓度 0.01 M 指的是缓冲溶液中所有的磷酸根浓 度, 而非 Na 离子或 K 离子的浓度, Na 离子和 K 离子只是用来调节渗透压的。 b、高浓度牛血清蛋白标准曲线的绘制 精确称取牛血清白蛋白 1.000 g 溶于上面配臵的 1L 磷酸盐缓冲溶液的容量瓶 中,分别吸取混合好的牛血清白蛋白溶液 0、10、20、30、40、50 mL 于 50 mL 比色管中加去离子水稀释至刻度,配制成浓度为 0、200、400、600、800、1000 mg/L 的牛血清蛋白标准溶液。 蛋白质对 278 nm 的紫外线由最大吸收, 蛋白质溶液 278 nm 吸收值与其浓度成 正比。将标准溶液于波长 278 nm 下,用 1 cm 比色皿,在紫外分光光度计上测定 吸光度,去离子水为空白。以蛋白质浓度为横坐标,吸光度为纵坐标作图,制出 标准曲线。 c、低浓度牛血清蛋白标准曲线的绘制
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精确称取牛血清白蛋白 0.100 g 溶于上面配臵的 1L 磷酸盐缓冲溶液的容量瓶 中,分别吸取混合好的牛血清白蛋白溶液 0、10、20、30、40、50 mL 于 50 mL 比色管中加去离子水稀释至刻度,配制成浓度为 0、20、40、60、80、100 mg/L 的牛血清蛋白标准溶液。 蛋白质对 278 nm 的紫外线由最大吸收, 蛋白质溶液 278 nm 吸收值与其浓度成 正比。将标准溶液于波长 278 nm 下,用 1 cm 比色皿,在紫外分光光度计上测定 吸光度,去离子水为空白。以蛋白质浓度为横坐标,吸光度为纵坐标作图,制出 标准曲线。 d、低、高浓度卵清蛋白标准曲线的绘制(同 b、c)
表 2 高蛋白质标准曲线测试原始数据 序号 1 2 3 4 5 6 序号 1 2 3 4 5 6 标准溶液浓度(mg/L) 0 200 400 600 800 1000 表 3 低蛋白质标准曲线测试原始数据 标准溶液浓度(mg/L) 0 20 40 60 80 100 吸光度 空白吸光度 校正吸光度 吸光度 空白吸光度 校正吸光度

2、牛血清蛋白溶液截留分子量的测定 a、用去离子水清洗平板膜组件,并将其安装至实验装臵上(图 1) 。 b、熟悉实验装臵,链接管路,将阀门调至全开状态。 c、称取 0.5g 牛血清蛋白加入配臵好的 1L 磷酸盐缓冲溶液(现用现配) ,配制 成浓度为 500 mg/L 的牛血清蛋白溶液。配制的蛋白质溶液作为平板膜性能评价 使用。 d、配臵好的样品溶液倒入水槽,打开隔膜泵,膜组件在内压正压式条件下运 行。在 0.1 MPa 常温条件下,通过平板膜运转,接取 30ml 左右的产水。测定原 液与过滤液的吸光度,从标准曲线上查得相应的浓度。由式(1)计算截留率。
Ru (%) ? c1 ? c2 ?100 c1
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(1)

其中,Ru 表示截留率,%;c1 表示原液中蛋白质浓度,mg/L;c2 表示透过液 中蛋白质浓度,mg/L。 3、卵清蛋白溶液截留分子量的测定 a、b 步骤相同 c、称取 0.5g 卵清蛋白加入配臵好的 1L 磷酸盐缓冲溶液(现用现配) ,配制成 浓度为 500 mg/L 的卵清蛋白溶液。 配制的蛋白质溶液作为平板膜性能评价使用。 d、配臵好的样品溶液倒入水槽,打开隔膜泵,膜组件在内压正压式条件下运 行。在 0.1 MPa、常温条件下,通过平板膜运转,接取 30ml 左右的产水。测定 卵清蛋白原液与过滤液的吸光度, 从标准曲线上查得相应的浓度, 并计算截留率。
表 2 截留分子量测试原始数据 截留物质 组别 1 牛血清蛋白 2 3 平均 1 卵清蛋白 2 3 平均 原液吸光度 (A) 透过液吸光度 (A) 相对标准偏差 (%)

五、 实验结果整理
1、绘制测定牛血清蛋白和卵清蛋白的标准曲线。 2、根据实验结果判断实验用平板膜组件的截留分子量。
表 4 截留分子量测试 目标物质 牛血清蛋白 卵清蛋白 原液平均浓度 (mg/L) 透过液平均浓度 (mg/L) 相对标准偏差 (%) 截留率 (%)

六、 实验结果讨论
1、分析影响截留分子量测试结果的因素及原因。 2、分析不同目标物质测量截留分子量结果的差异及原因。

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