07双水相萃取法课件.ppt

第七章 双水相萃取 1. 教学内容 双水相分离理论； 双水相的形成； 相图与物质在两相中的分配； 双水相萃取技术的应用与发展。 2．教学基本要求 了解双水相形成原理及在生物工程领域中的应用；掌握双水相萃取技术的概念、优缺点。 3．重点与难点 双水相相图极其应用。 §1 双水相体系 1.1 双水相的形成机理 把两种或两种以上具有一定浓度的亲水性聚合物溶液混合后静置，这些亲水性的高分子聚合物并不混为一相，而是分成多个液相，这种现象称之为聚合物的不相容性。 由于这些聚合物都是以水作为溶 剂;因此形成上述的两个相体系就称 双水相体系。 定义: 利用双水相的成相现象及待分离 组分在两相间分配系数的差异，进行 组分分离或多水相提纯的技术就叫做 双水相萃取技术▲。 双水相的成相原因: 空间阻碍作用 根据热力学第二定律可知，混合是熵增加的过程，因而可自发进行。 另一方面，分子间存在相互作用力，并且这种分子间相互作用力随相对分子质量的增大而增大。 当两种高分子聚合物之间存在相互排斥作用时，由于相对分子质量较大，分子间的相互排斥作用与混合过程的熵增加相比占主导地位，一种聚合物分子的周围将聚集同种分子而排斥异种分子，当达到平衡时，即形成分别富含不同聚合物的两相。 1.2 相图 把双水相体系中的组成成分，分别以不同的浓度相混，然后观察其成相过程，把此过程以图的形式描绘下来，即称为此种双水相体系的相图。 不同的双水相体系，其成相条件是不同的，相图常被用于研究不同双水相体系中的成相现象。 用A点代表体系总组成，B点和C点分别代表互相平衡的上相和下相组成，称为节点。 A、B、C三点在一条直线上，称为系线(tiellne)。 系线的长度是衡量两相间相对差别的尺度，系线越长，两相间的性质差别越大，反之则越小。 若A向双节线移动，B、C两点接近，系线长度趋向于零时，即A点在双节线K点时，体系变成一相，K称为临界点。 在同一系线上不同的点，总组成不同，而上、下两相组成相同，只是两相体积VT、VB不同，但它们均服从杠杆原理。 B相和C相质量之比等于系线上CA与AB的线段长度之比。又由于两相密度相差很小(双水相体系上相和下相密度常在1.0～1.1kg／dm3之间)，故上下相体积之比也近似等于系线上CA与AB线段长度之比，即： 1.3 常用的双水相体系 常用体系 双水相萃取中常采用的双聚合物系统为PEG/Dex，该双水相的上相富含PEG，下相富含Dex。 2.1 影响物质分配平衡的因素 影响物质在双水相系统中分配的主要因素有： 组成双水相体系的高聚物类型； 高聚物的平均分子量和分子量分布； 高聚物的浓度； 成相盐和非成相盐的种类；盐的离子强度；pH值。 (1)高聚物的分子量 在高聚物浓度保持不变的前提下，降低该高聚物的分子量，被分配的可溶性生物大分子如蛋白质或核酸，或颗粒如细胞或细胞碎片和细胞器，将更多的分配于该相。对PEG – Dcxtran体系而言，Dextran分子量减小，分配系数会减小； PEG 的分于量减小，物质的分配系数会增大(见表2-13)，这是一条普遍规律。 (2)高聚物浓度——界面张力的影响 当成相系统的总浓度增大时，系统远离临界点，系线长度增加，两相性质的差别(疏水性等)增大，界面张力也随着增大，蛋白质分子的分配系数将偏离临界点处的值(m=1)，即大于1或小于1。 (3)盐类 由于盐的正、负离子在两相间的分配系数不同，两相间形成电势差，从而影响带电生物大分子的分配。 研究还发现，当盐类浓度增加到一定程度，由于盐析作用蛋白质易分配于上相。分配系数几乎随盐浓度成指数增加，且不同的蛋白质增大程度各异。利用此性质可使蛋白质相互分离。KCl对分配的影响与NaCI类似。 (4)pH值 pH值对分配的影响源于两个方面的原因。 第一，pH值会影响蛋白质分子所带电荷的性质和数量。 第二，pH值影响磷酸盐的离解程度，从而改变H2PO4-和HPO42- 之间的比例，进而影响相间电位差。这样蛋白质的分配因pH值的变化发生变化。pH值的微小变化会使蛋白质的分配系数政变2～3个数量级。 (5)温度 温度越高发生相分离所需的高聚物浓度越高。在临界点附近对双水相体系形成的影响更为明显。 但一般来说，当双水相系统离双节线足够远时，1～2℃的温度改变不影响目标产物的萃取分离。 由于高聚物对生物活性物质有稳定作用，在大规模生产中多采用常温操作，从而节省冷冻费用。但适当提高操作温度，体系黏度较低，有利于分离。 2.2 双水相萃取过程