अपस्ट्रीम व डाउनस्ट्रीम प्रसंस्करण, मापन व नियंत्रण
1. माध्यम निर्माण व इष्टतमीकरण
माध्यम कार्बन व ऊर्जा (ग्लूकोज़, सुक्रोज़, शीरा, स्टार्च), नाइट्रोजन (अमोनियम लवण, यूरिया, मक्का-भिगोव द्रव, यीस्ट निष्कर्ष, पेप्टोन), फ़ॉस्फ़ोरस, सल्फ़र, सूक्ष्म धातुएँ, विटामिन व वृद्धि कारक देता है, और विशेष प्रक्रमों हेतु पूर्ववर्ती (पेनिसिलिन G हेतु फ़ेनिलऐसीटिक अम्ल), प्रेरक (IPTG, पिकिया AOX1 प्रवर्धक हेतु मेथेनॉल), बफ़र व झागरोधी। परिभाषित माध्यम पुनरुत्पादकता व सरल डाउनस्ट्रीम प्रसंस्करण देते हैं; जटिल माध्यम सस्ते हैं व उच्च लब्धि देते हैं पर बैचों के बीच बदलते हैं। निर्माण तत्वीय संतुलन से आरंभ होता है: 12% नाइट्रोजन युक्त 30 g/L कोशिकाएँ बनाने हेतु 3.6 g/L N चाहिए, और चूँकि (NH₄)₂SO₄ में 28/132 = 21.2% N है, लगभग 17 g/L लवण।
2. माध्यम व वायु का निर्जर्मीकरण — ऊष्मीय मृत्यु बलगतिकी व डेल गुणक
ऊष्मा प्रथम-कोटि बलगतिकी से जीवों को मारती है, dN/dt = −k_d·N, अतः N = N₀e^(−k_d·t), और दशमिक न्यूनीकरण काल D = 2.303/k_d दस गुना विनाश का समय है। k_d आर्रेनियस का पालन करता है, k_d = A·e^(−E/RT)। अभिकल्प राशि डेल गुणक है, ∇ = ln(N₀/N) = ∫k_d dt। N₀ पूरे बैच की कुल गणना है और N स्वीकार्य अंतिम गणना — सामान्यतः 10⁻³, यानी किसी बैच के संदूषित होने की हज़ार में एक संभावना। 10⁵ बीजाणु/mL वाले 10 m³ बैच में N₀ = 10⁵ × 10⁷ = 10¹², अतः ∇ = ln(10¹²/10⁻³) = ln 10¹⁵ = 34.54। बैच निर्जर्मीकरण में तापन, धारण व शीतलन सभी योगदान करते हैं, ∇_कुल = ∇_तापन + ∇_धारण + ∇_शीतलन; यदि तापन व शीतलन 14.54 देते हैं, तो k_d = 2.5 min⁻¹ पर धारण चरण को 20.0 देना होगा, अतः t_धारण = 20/2.5 = 8 min। चूँकि N₀ आयतन के साथ बढ़ता है, समान जोखिम हेतु बड़े पात्र को बड़ा ∇ चाहिए।
वातन हेतु वायु ऊष्मा से नहीं, निस्यंदन से निर्जर्मीकृत की जाती है: रेशे या काँच-ऊन के गहन निस्यंदक जड़त्वीय संघट्ट, अवरोधन व विसरण द्वारा कणों को पकड़ते हैं, और 0.2 µm श्रेणी के कार्ट्रिज झिल्ली निस्यंदक निरपेक्ष अवरोध का कार्य करते हैं; उन्हें सूखा रखना आवश्यक है, क्योंकि भीगा निस्यंदक जीवों को जाने देता है। ऊष्मा-अस्थायी माध्यम घटक (विटामिन, सीरम, कुछ प्रतिजैविक) भी इसी प्रकार 0.2 µm झिल्लियों से निस्यंदन-निर्जर्मीकृत कर थोक माध्यम के ऑटोक्लेव होने के बाद मिलाए जाते हैं।
3. निस्यंदन, अपकेंद्रण व कोशिका विदारण
| प्रक्रम | रोकता है | जैवप्रक्रम उपयोग |
|---|---|---|
| सूक्ष्म निस्यंदन | लगभग 0.1–10 µm के कण: कोशिकाएँ, मलबा | कोशिका संग्रहण व स्पष्टीकरण; 0.2 µm निर्जर्म निस्यंदन |
| अतिसूक्ष्म निस्यंदन | वृहदणु, kDa में आणविक-भार कट-ऑफ़ (MWCO) से श्रेणीकृत | प्रोटीन सांद्रण; बफ़र विनिमय हेतु डायाफ़िल्ट्रेशन |
| नैनो निस्यंदन व उत्क्रम परासरण | छोटे कार्बनिक व बहुसंयोजी आयन (NF); लगभग सभी विलेय व लवण (RO) | जल शोधन; छोटे उत्पादों का सांद्रण |
डेड-एंड निस्यंदन एक खली बनाता है जिसका प्रतिरोध निस्यंदित आयतन के साथ बढ़ता है (रूथ समीकरण; डायटमी मृदा जैसे निस्यंदन सहायक संपीड्य खली को सरंध्र रखते हैं, और घूर्णी निर्वात ड्रम निस्यंदक कवक कवकजाल सँभालते हैं)। अनुप्रस्थ-प्रवाह (स्पर्शरेखीय) निस्यंदन झिल्ली सतह को बुहारता है, खली वृद्धि सीमित करता है। प्रवाह फिर भी घटता है क्योंकि रुका विलेय सतह पर संचित होता है — सांद्रता ध्रुवण, जो जेल परत तक बढ़ सकता है — और मलिनन के कारण। अपकेंद्रण अवसादन को त्वरित करता है: स्टोक्स अंतिम वेग v = d²(ρₚ − ρ)g/18µ देता है, और अपकेंद्रित्र में g का स्थान ω²r लेता है, अतः सापेक्ष अपकेंद्री बल ω²r/g है। डिस्क-स्टैक व नलिकाकार-कटोरा मशीनें सतत रूप से कोशिकाएँ संग्रहित करती हैं; अति-अपकेंद्रित्र वृहदणुओं व अंगकों को या तो सुक्रोज़ प्रवणता से दर-क्षेत्रीय अवसादन द्वारा (अवसादन गुणांक, स्वेडबर्ग इकाइयों में) या CsCl में समघनत्वी रूप से (उत्प्लावी घनत्व द्वारा) अलग करते हैं।
कोशिका विदारण अंतःकोशिकीय उत्पाद मुक्त करता है। यांत्रिक विधियाँ — उच्च-दाब समांगीकारक, मनका चक्की, प्रयोगशाला स्तर पर ध्वनि-विदारण — बड़े स्तर पर प्रधान हैं। समांगीकारक से प्रोटीन मुक्ति निश्चित दाब पर पासों की संख्या में प्रथम कोटि है, ln[R_m/(R_m − R)] = kN: यदि एक पास 40% मुक्त करता है, तो k = −ln 0.6 = 0.511, और 90% मुक्ति हेतु N = ln 10/0.511 = 4.5, अतः 5 पास। अयांत्रिक विधियों में लाइसोज़ाइम (ग्राम-ऋणात्मक बाह्य झिल्ली खोलने हेतु EDTA सहित), परासरणी आघात (जो परिद्रव्यी प्रोटीन मुक्त करता है), अपमार्जक, क्षार, विलायक व हिमीकरण–विगलन हैं। अधिक विदारण अधिक उत्पाद मुक्त करता है पर महीन मलबा भी, जिसे हटाना कठिन है, अतः विदारण की मात्रा स्वयं एक इष्टतमीकरण है।
4. वर्णलेखिकी के सिद्धांत — आयन विनिमय, जेल निस्यंदन, HIC, बंधुता, GC, HPLC व FPLC
| विधा | किसके आधार पर पृथक करती है | बंधन व निक्षालन |
|---|---|---|
| आयन विनिमय | शुद्ध आवेश | अपने pI से ऊपर प्रोटीन ऋणात्मक है और ऋणायन विनिमयक (DEAE, Q) से बंधता है; pI से नीचे धनायन विनिमयक (CM, SP) से; लवण प्रवणता या pH परिवर्तन से निक्षालन |
| जेल निस्यंदन (आकार अपवर्जन) | जलगतिक आकार | बंधन नहीं; बड़े अणु छिद्रों से अपवर्जित होकर पहले निक्षालित होते हैं; K_av = (V_e − V₀)/(V_t − V₀) |
| जलविरागी अन्योन्यक्रिया | सतही जलविरागिता | उच्च लवण (अमोनियम सल्फ़ेट) पर लोड, जो जलविरागी संपर्क प्रबल करता है; घटते लवण से निक्षालन |
| बंधुता | विशिष्ट जैविक बंधन | Ni-NTA पर His-टैग, इमिडाज़ोल से निक्षालित; प्रोटीन A पर IgG Fc, निम्न pH पर निक्षालित; ग्लूटाथायोन पर GST टैग, मुक्त ग्लूटाथायोन से निक्षालित |
| GC | वाष्पशीलता व स्थिर द्रव में विभाजन | अक्रिय वाहक गैस; वाष्पशील, ऊष्मा-स्थायी विश्लेष्य (या व्युत्पन्न); ज्वाला-आयनन या ऊष्मा-चालकता संसूचन |
| HPLC व FPLC | छोटे कणों पर उपर्युक्त में से कोई भी रसायन | HPLC उच्च दाब पर चलता है, प्रायः छोटे अणुओं व पेप्टाइडों हेतु उत्क्रम प्रावस्था (C18); FPLC मूल प्रोटीनों हेतु जैव-संगत पदार्थों सहित मध्यम दाब पर चलता है |
स्तंभ प्रदर्शन विभेदन से आँका जाता है, Rs = 2(t_R2 − t_R1)/(w₁ + w₂), जहाँ Rs ≥ 1.5 आधार-रेखा पृथक्करण देता है; 0.8 व 1.2 min आधार-चौड़ाई सहित 8 व 10 min पर शिखर Rs = 4/2 = 2.0 देते हैं। दक्षता प्लेट संख्या N = 16(t_R/w)² व प्लेट ऊँचाई HETP = L/N है, जिसे वैन डीम्टर समीकरण H = A + B/u + Cu भँवर विसरण, अनुदैर्ध्य विसरण व द्रव्यमान-स्थानांतरण प्रतिरोध में बाँटता है, एक इष्टतम प्रवाह वेग सहित। जेल निस्यंदन में V₀ = 40 mL व V_t = 120 mL वाले स्तंभ से 70 mL पर निक्षालित प्रोटीन का K_av = 30/80 = 0.375 है, और अंशांकन हेतु K_av, log(आणविक भार) के साथ लगभग रैखिक रूप से घटता है।
5. निष्कर्षण, अधिशोषण व शुष्कन
द्रव–द्रव निष्कर्षण में विभाजन गुणांक K = C_विलायक/C_जलीय व निष्कर्षण गुणक E = K × (विलायक आयतन/आहार आयतन) प्राप्ति तय करते हैं: एक साम्य चरण आहार में 1/(1 + E) अंश छोड़ता है और E/(1 + E) निष्कर्षित करता है। K = 4 व 0.5 विलायक-से-आहार अनुपात से E = 2 और दो-तिहाई (0.667) निष्कर्षित होता है; उसी विलायक को प्रत्येक E = 1 वाले दो पार-धारा चरणों में बाँटने से (1/2)² = 0.25 बचता है, अतः चरणबद्धता एक बड़े संपर्क से बेहतर है। पेनिसिलिन अम्लीकृत शोरबे से ब्यूटिल या ऐमिल ऐसीटेट में निष्कर्षित होता है, जहाँ अनावेशित अम्ल विलायक में विभाजित होता है, फिर उदासीन जलीय बफ़र में वापस। जलीय द्वि-प्रावस्था तंत्र (PEG–डेक्सट्रान, PEG–लवण) कार्बनिक विलायकों के बिना प्रोटीनों को मृदुता से विभाजित करते हैं।
अधिशोषण समतापी वक्रों से वर्णित होता है: लैंगम्यूर, q = q_max·KC/(1 + KC), समान स्थलों के एकल-परत आवरण हेतु (q_max = 50 mg/g, K = 0.2 L/mg, C = 20 mg/L से q = 50 × 4/5 = 40 mg/g), तथा फ़्रॉयंडलिक, q = K·C^(1/n), विषमांग सतहों हेतु एक आनुभविक रूप। सक्रियित कार्बन या रेज़िनों पर अधिशोषण छोटे उत्पादों को पकड़ता है और रंग व अशुद्धियाँ हटाता है। शुष्कन में एक स्थिर-दर अवधि होती है, जब तक सतह गीली रहती है और वाष्पन उस तक ऊष्मा व द्रव्यमान स्थानांतरण से सीमित होता है, फिर क्रांतिक नमी मात्रा के नीचे, भीतर से बाहर विसरित होती नमी से नियंत्रित घटती-दर अवधि। ऊष्मा-संवेदी प्रोटीन हिम-शुष्कित किए जाते हैं (जमाए जाते हैं, फिर प्राथमिक शुष्कन में निर्वात में बर्फ़ का ऊर्ध्वपातन और द्वितीयक शुष्कन में बंधे जल का विशोषण); फुहार शुष्कन एंज़ाइमों व खाद्य उत्पादों हेतु महीन बूँदों को सेकंडों में सुखाता है।
6. मापन युक्तियाँ, वाल्व, तंत्र गतिकी, नियंत्रक व समस्वरण
- मापन: प्रतिरोध तापमापियों (Pt100) या तापयुग्मों से ताप; भाप-निर्जर्मीकरणीय काँच इलेक्ट्रोड से pH; ध्रुवणलेखी (क्लार्क) या गैल्वेनिक झिल्ली इलेक्ट्रोड, या संदीप्ति शमन पर आधारित प्रकाशिक संवेदक से घुलित ऑक्सीजन; डायाफ़्राम मापियों से दाब; रोटामीटर या ऊष्मीय द्रव्यमान-प्रवाह मापियों से गैस प्रवाह; चालकता प्रोबों से झाग; और अनुचुंबकीय O₂ व अवरक्त CO₂ विश्लेषकों से निकास गैस, जो ऑक्सीजन ग्रहण दर, CO₂ उत्सर्जन दर व उनका अनुपात, श्वसन गुणांक, देते हैं।
- वाल्व: नियंत्रण वाल्व वाल्व-काय पर लगा एक प्रवर्तक है। वायु-आपूर्ति समाप्त होने पर वायु-से-खुलने वाले वाल्व बंद अवस्था में और वायु-से-बंद वाले वाल्व खुली अवस्था में विफल होते हैं, और चयन सुरक्षा हेतु होता है — भाप वाल्व को बंद विफल होना चाहिए, ऊष्माक्षेपी किण्वक के शीतल-जल वाल्व को खुला। ट्रिम अभिलक्षण रैखिक, सम-प्रतिशत या शीघ्र-खुलने वाले होते हैं। अपूतिक सेवा में डायाफ़्राम वाल्व वरीय हैं, जिनमें दरारें नहीं होतीं और जिन्हें भाप से निर्जर्मीकृत किया जा सकता है।
एक प्रथम-कोटि तंत्र G(s) = K/(τs + 1), M आकार के सोपान पर y = KM(1 − e^(−t/τ)) के रूप में अनुक्रिया करता है और t = τ पर अपने अंतिम परिवर्तन के 63.2% तक पहुँचता है: τ = 2 min वाला तापमापी 25 °C से 75 °C में डुबोने पर 2 min बाद 25 + 50 × 0.632 = 56.6 °C पढ़ता है। एक द्वितीय-कोटि तंत्र G(s) = K/(τ²s² + 2ζτs + 1), ζ > 1 पर अतिअवमंदित, ζ = 1 पर क्रांतिक अवमंदित और ζ < 1 पर अल्पावमंदित होता है, जब उसका अतिलंघन exp(−πζ/√(1 − ζ²)) है — ζ = 0.5 पर 16.3% — और क्षय अनुपात अतिलंघन का वर्ग है। पुनर्निवेश नियंत्रण नियंत्रित चर मापता है और त्रुटि प्रकट होने के बाद सुधार करता है; अग्रनिवेश किसी विक्षोभ को मापता है और प्रक्रम बिगड़ने से पहले कार्य करता है, जिसके लिए प्रक्रम प्रतिरूप चाहिए और जो प्रायः पुनर्निवेश के साथ संयुक्त होता है।
| विधा | प्रभाव | ज़ीग्लर–निकोल्स सेटिंग |
|---|---|---|
| P | तेज़, पर ऑफ़सेट छोड़ता है: Kp लब्धि वाले प्रक्रम पर सेट-बिंदु सोपान हेतु ऑफ़सेट = सोपान का 1/(1 + KcKp) | K_c = 0.5 K_u |
| PI | समाकल क्रिया ऑफ़सेट हटाती है पर अनुक्रिया धीमी करती है और उसे दोलायमान बना सकती है | K_c = 0.45 K_u, τ_I = P_u/1.2 |
| PID | अवकलज क्रिया त्रुटि के परिवर्तन-दर से पूर्वानुमान करती है और दोलन मंद करती है, पर रव को बढ़ाती है | K_c = 0.6 K_u, τ_I = P_u/2, τ_D = P_u/8 |
मुख्य बिंदु
- डेल गुणक ∇ = ln(N₀/N) = ∫k_d dt, जहाँ N₀ पूरे बैच हेतु और N प्रायः 10⁻³; D = 2.303/k_d; HTST इसलिए कार्य करता है कि बीजाणु विनाश की सक्रियण ऊर्जा अधिक है।
- MF कोशिकाएँ संग्रहित करता है, UF, MWCO द्वारा प्रोटीन सांद्रित करता है, अनुप्रस्थ-प्रवाह खली सीमित करता है पर सांद्रता ध्रुवण नहीं; समांगीकारक मुक्ति पासों में प्रथम कोटि है।
- pI से ऊपर ऋणायन विनिमयक से बंधें; जेल निस्यंदन बड़े को पहले निक्षालित करता है; HIC उच्च लवण पर बंधता है; His-टैग इमिडाज़ोल से निक्षालित होते हैं; Rs = 2Δt_R/(w₁ + w₂)।
- एकल-चरण निष्कर्षण E/(1 + E) प्राप्त करता है; अनेक छोटे चरण एक बड़े से बेहतर हैं; लैंगम्यूर q = q_maxKC/(1 + KC); हिम-शुष्कन निर्वात में बर्फ़ का ऊर्ध्वपातन करता है।
- प्रथम कोटि t = τ पर 63.2% तक पहुँचती है; अतिलंघन exp(−πζ/√(1 − ζ²)); P ऑफ़सेट 1/(1 + KcKp) छोड़ता है, I उसे हटाता है, D पूर्वानुमान करता है; Z–N PID 0.6Ku, Pu/2, Pu/8 है।
अभ्यास प्रश्न (17)
उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।
केवल बारह प्रयोगों से अनुमापांक पर महत्वपूर्ण प्रभावों हेतु ग्यारह माध्यम घटकों की जाँच हेतु उपयुक्त अभिकल्प है
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उत्तर: A — एक प्लैकेट–बर्मन अभिकल्प
प्लैकेट–बर्मन अभिकल्प N प्रयोगों में N − 1 तक कारकों की जाँच करते हैं, यहाँ 12 में 11, केवल मुख्य प्रभाव आँकते हुए, ताकि महत्वपूर्ण कुछ चुने जाएँ। केंद्रीय संयुक्त अभिकल्प उन कुछ के इष्टतमीकरण हेतु अनुक्रिया-पृष्ठ उपकरण है; 11 द्वि-स्तरीय कारकों के पूर्ण क्रमगुणित को 2048 प्रयोग चाहिए; एक-समय-में-एक-कारक अनेक प्रयोग माँगता और अन्योन्यक्रियाएँ चूक जाता है।एक प्रक्रम को शुष्क भार के 12% नाइट्रोजन युक्त 30 g/L जैवभार बनाना है, (NH₄)₂SO₄ (मोलर द्रव्यमान 132 g/mol) एकमात्र नाइट्रोजन स्रोत के रूप में। आवश्यक न्यूनतम (NH₄)₂SO₄ सांद्रता ______ g/L है (निकटतम पूर्णांक तक)।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 17
आवश्यक नाइट्रोजन = 0.12 × 30 = 3.6 g/L। (NH₄)₂SO₄ में दो N परमाणु हैं, प्रति 132 g में 28 g, अतः यह 21.2% N है और 3.6/0.212 = 17 g/L। प्रति सूत्र इकाई एक नाइट्रोजन (14/132) गिनने से उत्तर दोगुना लगभग 34 हो जाता है।माध्यम के 10 m³ बैच में प्रति mL 10⁵ जीवित बीजाणु हैं। 1000 बैचों में 1 की संदूषण प्रायिकता (N = 10⁻³) हेतु आवश्यक डेल गुणक ______ है (दो दशमलव स्थानों तक)।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 34.54
N₀ = 10⁵ बीजाणु/mL × 10⁷ mL = 10¹², अतः ∇ = ln(N₀/N) = ln(10¹²/10⁻³) = ln 10¹⁵ = 15 × 2.3026 = 34.54। कुल गणना के बजाय प्रति mL सांद्रता, या ln के बजाय log₁₀ (जो 15 देता है), प्रयुक्त करना दो सामान्य भूलें हैं।ऊपर के बैच हेतु (आवश्यक ∇ = ln 10¹⁵) तापन व शीतलन चरण मिलकर 14.54 का डेल गुणक देते हैं। यदि धारण ताप पर विशिष्ट मृत्यु दर 2.5 min⁻¹ है, तो आवश्यक धारण समय ______ min है।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 8
∇_धारण = ∇_कुल − (∇_तापन + ∇_शीतलन) = 34.54 − 14.54 = 20.0; स्थिर ताप पर ∇_धारण = k_d·t, अतः t = 20.0/2.5 = 8 min। तापन व शीतलन योगदान अनदेखा करने से 13.8 min आता है, एक अति-निर्जर्मीकरण जो माध्यम को अनावश्यक क्षति पहुँचाता है।सतत उच्च-ताप अल्प-समय निर्जर्मीकरण समान डेल गुणक तक बैच निर्जर्मीकरण की तुलना में ऊष्मा-अस्थायी पोषकों की कम हानि मुख्यतः इसलिए करता है क्योंकि
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उत्तर: A — बीजाणु निष्क्रियण की सक्रियण ऊर्जा पोषक अपघटन से अधिक है, अतः ताप बढ़ाना क्षति से अधिक विनाश को त्वरित करता है
k = Ae^(−E/RT) में बड़े E वाली अभिक्रिया अधिक ताप-संवेदी है। बीजाणु मृत्यु की सक्रियण ऊर्जा बड़ी है, अतः उच्च ताप पर आवश्यक ∇ इतने कम समय में मिल जाता है कि निम्न-E पोषक अभिक्रियाएँ मुश्किल से आगे बढ़ती हैं। सक्रियण ऊर्जाएँ उलट देने से HTST बदतर होता, और आवश्यक ∇, N₀ व N से तय होता है, ताप से नहीं।उच्च-दाब समांगीकारक में प्रोटीन मुक्ति ln[R_m/(R_m − R)] = kN का पालन करती है। यदि एक पास मुक्त-योग्य प्रोटीन का 40% मुक्त करता है, तो कम से कम 90% मुक्ति हेतु आवश्यक पासों की न्यूनतम पूर्ण संख्या ______ है।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 5
एक पास: k = ln[1/(1 − 0.4)] = ln(1/0.6) = 0.511। 90% हेतु: N = ln[1/(1 − 0.9)]/k = ln 10/0.511 = 2.303/0.511 = 4.5, अतः 5 पूर्ण पास। प्रत्येक पास को 40 प्रतिशत अंक जोड़ने वाला मानने से 3 पास आते हैं, जो अनदेखा करता है कि प्रत्येक पास केवल शेष पर कार्य करता है।झिल्ली पृथक्करणों के विषय में निम्न में से कौन-से कथन सही हैं?
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उत्तर: A — अतिसूक्ष्म निस्यंदन झिल्लियाँ आणविक-भार कट-ऑफ़ से श्रेणीकृत होती हैं।; B — अनुप्रस्थ-प्रवाह संचालन डेड-एंड संचालन की तुलना में खली जमाव घटाता है।; C — सांद्रता ध्रुवण झिल्ली सतह पर विलेय सांद्रता को थोक से ऊपर ले जाता है।
UF, kDa में MWCO से निर्दिष्ट होता है, अनुप्रस्थ-प्रवाह रुकी सामग्री को सतह से बुहार देता है, और ध्रुवण सीमा परत में अस्वीकृत विलेय का संचय है जो प्रवाह घटाता है। उत्क्रम परासरण सबसे सघन प्रक्रम है, जो घुले लवण भी रोकता है; 0.1 µm कट-ऑफ़ सूक्ष्म निस्यंदन का वर्णन है।pI 5.0 वाले प्रोटीन को pH 7.5 के बफ़र से पकड़ना है। वह बंधेगा
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उत्तर: A — DEAE जैसे ऋणायन विनिमयक से
अपने pI से ऊपर के pH पर प्रोटीन प्रोटॉन खो चुका होता है और शुद्ध ऋणात्मक आवेश वहन करता है, अतः वह ऋणायन विनिमयक के धनावेशित DEAE समूहों से बंधता है और बढ़ते लवण से निक्षालित होता है। वह धनायन विनिमयक से केवल pH 5 के नीचे बंधता; pI पर उस पर कोई शुद्ध आवेश नहीं होता; जेल निस्यंदन आकार से पृथक करता है, आवेश से नहीं।दो शिखर क्रमशः 0.8 व 1.2 min आधार-चौड़ाई सहित 8.0 व 10.0 min पर निक्षालित होते हैं। वर्णलेखी विभेदन ______ है।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 2
Rs = 2(t_R2 − t_R1)/(w₁ + w₂) = 2 × 2.0/(0.8 + 1.2) = 4.0/2.0 = 2.0, आधार-रेखा पृथक्करण हेतु आवश्यक 1.5 से ऊपर। 2 का गुणक छोड़ना — अंतराल को चौड़ाइयों के योग से भाग देना — 1.0 देता है और गलत रूप से अतिव्यापी शिखर सुझाता है।एक जेल-निस्यंदन स्तंभ का रिक्त आयतन V₀ = 40 mL व कुल शैय्या आयतन V_t = 120 mL है। एक प्रोटीन V_e = 70 mL पर निक्षालित होता है। उसका विभाजन गुणांक K_av ______ है (तीन दशमलव स्थानों तक)।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 0.375
K_av = (V_e − V₀)/(V_t − V₀) = (70 − 40)/(120 − 40) = 30/80 = 0.375। K_av = 0 का अर्थ पूर्ण अपवर्जन (V₀ पर निक्षालन) और K_av लगभग 1 का अर्थ छिद्रों तक मुक्त पहुँच है; (V_t − V₀) के बजाय V_t से भाग देने पर 0.25 आता है।प्रोटीन वर्णलेखिकी के विषय में निम्न में से कौन-से कथन सही हैं?
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उत्तर: A — जलविरागी अन्योन्यक्रिया वर्णलेखिकी में प्रोटीन उच्च लवण सांद्रता पर लोड किए जाते हैं।; B — Ni-NTA से बंधे His-टैग वाले प्रोटीन इमिडाज़ोल से निक्षालित होते हैं।; D — प्रोटीन A, IgG के Fc क्षेत्र से बंधता है।
उच्च लवण जलविरागी संपर्क प्रबल करता है, अतः HIC उच्च लवण पर लोड व निम्न पर निक्षालित करता है; इमिडाज़ोल निकेल हेतु हिस्टिडीन से स्पर्धा करता है; प्रोटीन A प्रतिरक्षियों को उनके Fc से पकड़ता है और निम्न pH पर छोड़ता है। जेल निस्यंदन में छोटे अणु छिद्रों में प्रवेश कर लंबा मार्ग लेते हैं, अतः सबसे बड़े पहले निक्षालित होते हैं।एक प्रतिजैविक का विभाजन गुणांक K = 4 (विलायक/जलीय) है। एक एकल साम्य निष्कर्षण जलीय आहार के आधे आयतन के बराबर विलायक प्रयुक्त करता है। विलायक में निष्कर्षित प्रतिजैविक का अंश ______ है (तीन दशमलव स्थानों तक)।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 0.667
निष्कर्षण गुणक E = K × (V_s/V_f) = 4 × 0.5 = 2, और एकल चरण E/(1 + E) = 2/3 = 0.667 निष्कर्षित करता है, आहार में 1/3 छोड़ता है। स्वयं K को मात्राओं का अनुपात मानना (0.8 देते हुए) असमान आयतनों को अनदेखा करता है।एक तापमापी 2 min काल-स्थिरांक वाले प्रथम-कोटि तंत्र की तरह व्यवहार करता है। उसे अचानक 25 °C के कुंड से 75 °C के कुंड में ले जाया जाता है। 2 min बाद उसका पाठ ______ °C है (एक दशमलव स्थान तक)।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 56.6
y = y₀ + ΔT(1 − e^(−t/τ)) = 25 + 50(1 − e^(−1)) = 25 + 50 × 0.632 = 56.6 °C। 63.2% को 50 °C परिवर्तन के बजाय 75 °C पर लगाने से 47.4 आता है, और प्रारंभिक 25 °C भूलने से 31.6।एक अल्पावमंदित द्वितीय-कोटि प्रक्रम का अवमंदन गुणांक ζ = 0.5 है। सोपान निवेश पर उसकी अनुक्रिया का प्रतिशत अतिलंघन ______ है (एक दशमलव स्थान तक)।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
उत्तर देखें
उत्तर: 16.3
अतिलंघन = exp(−πζ/√(1 − ζ²)) = exp(−π × 0.5/0.866) = exp(−1.814) = 0.163, अतः 16.3%। क्षय अनुपात इसका वर्ग, 2.7%, होगा। हर में वर्गमूल छोड़ने से exp(−2.09) = 12.3% आता है, एक सामान्य चूक।केवल-अनुपाती नियंत्रण वाला एक पाश चरम लब्धि Ku = 10 व चरम आवर्त Pu = 4 min पर स्थिर आयाम से दोलन करता है। ज़ीग्लर–निकोल्स PID सेटिंग हैं
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उत्तर: A — K_c = 6, τ_I = 2 min, τ_D = 0.5 min
ज़ीग्लर–निकोल्स PID: Kc = 0.6Ku = 6, τ_I = Pu/2 = 2 min, τ_D = Pu/8 = 0.5 min। 4.5 व 3.33 min का युग्म PI सेटिंग है (0.45Ku, Pu/1.2), और Kc = Ku पर चलाना पाश को अस्थिरता की कगार पर छोड़ देगा।प्रथम-कोटि प्रक्रम पर अनुपाती नियंत्रक सेट-बिंदु परिवर्तन के बाद स्थायी-अवस्था ऑफ़सेट छोड़ता है। कौन-सी नियंत्रण क्रिया जोड़ने से ऑफ़सेट समाप्त होता है?
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उत्तर: A — समाकल क्रिया
समाकल क्रिया जब तक कोई त्रुटि बनी रहे, निर्गम बदलती रहती है, अतः पाश केवल शून्य त्रुटि पर ही स्थिर हो सकता है। Kc बढ़ाना ऑफ़सेट, सोपान का 1/(1 + KcKp), घटाता है पर कभी हटाता नहीं, और बड़े अनुपाती बैंड का अर्थ छोटा Kc व बड़ा ऑफ़सेट है; अवकलज क्रिया केवल बदलती त्रुटि पर अनुक्रिया करती है।एक बड़े ऊष्माक्षेपी किण्वक के आवरण के शीतल-जल वाल्व को ऐसा चुनना चाहिए कि उपकरण वायु आपूर्ति विफल होने पर वह
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उत्तर: A — खुला विफल हो, अतः वह वायु-से-बंद वाल्व हो
यदि शीतलन खो जाए, तो संवर्धन द्वारा मुक्त ऊष्मा ताप बढ़ाकर उसे मार सकती है, अतः सुरक्षित विफलता अवस्था पूर्ण शीतलन है: वाल्व को खुला विफल होना चाहिए, अर्थात् वायु उसे बंद रखती है — वायु-से-बंद। भाप वाल्व विपरीत स्थिति है और उसे बंद विफल होना चाहिए। अंतिम विकल्प बंद विफलता को गलत प्रवर्तक प्रकार से जोड़ता है।