第十章双水相萃取.ppt

第十章 双水相萃取 双水相萃取（aqueous two-phase extraction）是利用物质在互不相溶的两水相间分配系数的差异来实现分离的一新型分离技术。 它具有收率高、成本低、可连续化操作等技术优势，已被广泛应用于生物化学、细胞生物学和生物化工等领域，进行生物转化，蛋白质、核酸等产品的分离纯化。 用此方法提纯的酶已达数十种，其分离也达到了相当规模。 近年来又进行了双水相萃取氨基酸类和病毒小分子物质的研究，大大扩展了应用范畴并提高了选择性，使双水相萃取技术具有更大的潜力和美好的发展前景。 双水相现象是当两种聚合物或一种聚合物与一种盐溶于同一溶剂时，由于聚合物之间或聚合物与盐之间的不相容性，当聚合物或无机盐浓度达到一定值时，就会分成不互溶的两相。 因使用的溶剂是水，因此称为双水相，在这两相中水分都占很大比例(85％一95％)，活性蛋白或细胞在这种环境中不会失活，但可以不同比例分配于两相，这就克服了有机溶剂萃取中蛋白容易失活和强亲水性蛋白难溶于有机溶剂的缺点。 双水相萃取的优点 操作条件温和，在常温常压下进行； 两相的界面张力小，一般在10-4N／cm量级，两相易分散， 两相的相比随操作条件而变化； 上下两相密度差小，一般在10 g/L。因此两相分离较困难，目前这方面研究较多 易于连续操作，处理量大，适合工业应用。 双水相萃取是利用物质在不相溶的，两水相间分配系数的差异进行萃取的方法 是否分层或混合成一相，取决于： 熵增——与分子数目有关 分子间作用力——与分子大小有关 可以构成双水相的体系有： 离子型高聚物－非离子型高聚物（分子间斥力） PEG－DEXTRAN 高聚物－相对低分子量化合物（盐析作用） PEG－硫酸铵 双水相萃取的原理 依据悬浮粒子与其周围物质具有的复杂的相互作用： 氢键 电荷力 疏水作用 范德华力 构象效应 可形成双水相的双聚合物体系很多，如聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG)/葡聚糖(dextran，Dx)，聚丙二醇(polypropylene glycol) / 聚乙二醇和甲基纤维素(methylcellulose)/葡聚糖等。 双水相萃取中常采用的双聚合物系统为PEG/Dx，该双水相的上相富含PEG，下相富含Dx。除双聚合物系统外，聚合物与无机盐的混合溶液也可形成双水相。 PEG/磷酸钾(KPi)、PEG/磷酸铵、PEG/硫酸钠等常用于生物产物的双水相萃取。PEG/无机盐系统的上相富含PEG，下相富含无机盐。 典型的双水相体系 10.3双水相中的分配系数及影响分配的因素 这些参数并不是独立地起作用。要预测溶质在双水相系统间的分配系数是困难的。 这些系统复杂性表现在如下的一些例子中：在一相中引入疏水性基团会影响离子的分配和电位，在大分子(亲水聚合物或蛋白质溶质)结构中构象的变化，能使另一些原子暴露在微环境中。这些事实导致只能用实验的方法来确定满足分配要求的操作条件。 双水相中聚合物组成的影响 双水相系统物理化学性质的影响 如，PEG/KPi系统中上、下相(或称轻重相)的PEG和磷酸钾浓度以及Cl离子在上、下相中的分配平衡随添加NaCl浓度的增大而改变。 这种相组成即相性质的改变直接影响蛋白质的分配系数。 离子强度对不同蛋白质的影响程度不同，利用这一特点，通过调节双水相系统中的盐浓度，可有效地萃取分离不同的蛋白质。 (1) 产品的浓缩 （2）蛋白质的提取和纯化 （3）生物小分子的分离和纯化 （4） 中草药有效成分的提取 （5）生物活性物质的分析检测 大作业(8选5,有关膜分离的最少必选一题) 1，微滤(MF)、超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）、都是以压力差为推动力的膜分离过程，它们之间有何区别和联系？ 2，就电渗析的应用举一个具体的例子来说明它的原理和工艺流程。 3，名词解释：双水相萃取；超临界萃取；分配系数。 4，反渗透和膜蒸馏过程都能制备超纯水，请举例说明两过程的异同。 5，请阐述无载体液膜的分离机理并举例说明。 6，阐述泡沫分离的原理及影响泡沫分离的因素，并说明它适用哪类体系的分离。 7，超临界流体的主要特性是什么？请简要说明超临界萃取的工艺流程。 8，请你列举出你所知道的其它新型分离技术，并简要举例说明。 * * 双水相萃取法的特点是能够保留产物的活性，整个操作可以连续化，在除去细胞或细胞碎片时，还可以纯化蛋白质2～5倍，与传统的过滤法和离心法去除细胞碎片相比，无论在收率上还是成本上都要优越得多。 双水相萃取法和传统的分离方法(如盐析或有机溶剂沉淀等)相比也有很大的优势，处理量相同时，双水相萃取法比传统的分离方法,设备需用量要少3～10倍，因此已被广泛地应用在生物化学、