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双水相萃取
很多生物产品无法使用有机溶剂萃取的方法进行分离纯化。
蛋白质一般亲水性强,不溶于有机溶剂;
蛋白质在有机溶剂相中易变形失活。
(溶剂萃取法新技术之一)
(ATPE:Two-aqueous phase extraction)
双水相萃取
内容提纲:
1.双水相体系
2.双水相萃取的基本原理
3.影响双水相分配的主要因素
4.双水相萃取技术的发展
5.双水相萃取操作及应用
1.双水相体系
(1)双水相系统:一定浓度的两种水溶性高聚物或一种高聚物与盐类在水中能形成两层互不相溶的匀相水溶液,这样的水相系统称为双水相系统。
5%PEG6000
上层组成:2%Dextran500
93%水
3%PEG6000
下层组成:7%Dextran500
90%水
(2)双水相体系形成的原因:
聚合物的不相溶性(空间位阻)
聚合物的不相溶性:各个聚合物分子,都倾向于在其周围有形状、大小和极性相同的分子,同时,由于不同类型分子间的斥力大于同它们的亲水性有关的相互吸引力,因此聚合物发生分离,形成两个不同的相。
对于某些聚合物溶液与一些无机盐溶液相混时,只要浓度达到一定范围时,体系形成双水相的机理尚不清楚。
聚合物溶液的混合
混合过程熵的增加:两种物质混合时,熵的增加与涉及的分子数目有关。
分子间相互作用力(能):主要表现为分子中各个集团间的相互作用力,随着分子量的增加,分子间各个集团数目相应增加,其相互作用力也增大。
当分子间相互作用力与熵的增加相比占主导地位时,就会分层。
一般认为,只要两聚合物水溶液的憎水程度有所差异,混合时就会发生相分离。
(3)双水相体系的相图:
双节线;A-体系总组成;B、C-节点;B(A)C-系线;系线的长度;K-临界点;
在同一系线上的不同点,总组成不同,而上下两相组成相同,只是体积VT、VB不同,但它们均服从杠杆原理。
(4)双水相体系的种类:
高聚物-高聚物双水相(如PEG-Dextran):易于与后续处理连接,如直接上离子交换柱而不必脱盐。
高聚物-盐双水相(如PEG- / ):盐浓度高,蛋白质易盐析,废水处理困难。
非离子表面活性剂水胶团双相体系(如Triton-114表面活性剂):相成分简单,易于回收,应用还不多。
阴阳离子表面活性剂双水相体系(如SDS-CATB)
醇-盐双水相体系(如乙醇/丙醇-无机盐-水)
常见的双水相系统
聚合物-聚合物-水
聚合物电解质-聚合物-水
聚合物电解质-聚合物电解质-水
聚合物-盐-水
聚丙烯乙二醇-甲氧基聚乙二醇
硫酸葡萄糖钠盐-聚丙烯乙二醇
硫酸葡萄糖钠盐-羧甲基纤维素钠盐
聚丙烯乙二醇-磷酸钾
聚乙二醇-聚乙烯醇
羧甲基纤维素钠盐-甲基纤维素
甲氧基聚乙二醇
-磷酸钾
聚乙二醇-葡萄糖
聚乙二醇-磷酸钾
聚吡咯烷酮-甲基纤维素
聚丙烯乙二醇-葡萄糖
(5)双水相体系萃取的特点:
①易于工业放大;
②纯化倍数高(2-20倍),目标产物有较高的收率(80%);
③易于实现连续化操作,设备简单;
④不易引起生物活性物质失活(含水量高达75%-90%);
⑤操作条件温和(常温常压);
⑥不存在有机溶剂残留问题,而且操作环境对人体无害(高聚物一般为不挥发性物质);
⑦成本较高(聚合物价格昂贵,难以回收)。
2.双水相萃取的基本原理
双水相萃取法:不同的高分子溶液相互混合可产生两相或多相系统,利用物质在互不相溶的两水相间分配系数的差异来进行萃取的方法。
基本原理:物质在两相间的选择性分配。(双水相系统萃取属于液-液萃取范畴)
m:总分配系数,CT、CB分别为上相和下相中溶质的浓度。
大量研究表明:生物分子的分配系数取决于溶质与双水相系统间的各种相互作用,主要有静电作用、疏水作用和亲和作用等,其分配系数可为各种相互作用之和。
①静电作用:两相系统中若有带电溶质存在,会对大分子在两相间的分配系数产生影响。(图5-15)
Donnan Potential:当大分子或粒子带有静电荷时,在带有电荷分配不相等时,就会在两相间产生电位差,称为道南电位。
②疏水作用:某些大分子物质表面具有疏水区,溶质的表面疏水性会对其在两相间的分配系数产生影响。
3.影响双水相分配的主要因素
高聚物的相对分子质量
高聚物的浓度
盐的种类和浓度
PH值
温度
(1)高聚物的相对分子质量:
在高聚物浓度保持不变的前提下,降低该高聚
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