双水相萃取技术的研究

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1、双水相萃取技术的研究生命科学与化学系2011生物工程1225852011005曹剑剑指导老师：李新舟【摘要】双水相萃取是一种高效温和的新分离技术，在生物制药、分析检测、西游金属分析等方面均有运用。特别是在生物分离工业中，它与传统萃取及其他分离技术相比，条件温和、处理量大、易于连续操作。本文综述了近三年来双水相萃取技术在生物工程、药物成分提取分离、环境中有害物分离测定及与其它方法配合使用等方面的应用，探讨了双水相萃取技术的应用前景。【关键词】双水相萃取分离提纯生物物质应用1引言液•液萃取技术是化学工业中普遍采用的一种分离提纯方法。随着生物技术(如基因工

2、程、蛋白质工程、代谢工程、细胞培养工程等)的高速发展,常规的萃取技术在这些领域中的应用受到限制，因为大部分的生物制品原液是具有低浓度和生物活性的对分离条件以及环境有着严格的要求。双水相萃取(Aqueoustwophaseextraction,ATPE)技术正式由于适应这种特殊的分离要求而被广泛应用于生物化工行业双水相萃取是利用组分在两个互不相溶的水相中的溶解度不同而达到分离的萃取技术。双水相萃取技术的真正应用是在20世纪中叶，1956年，瑞典伦德大学的Albertsson成功地利用双水相体系分离叶绿素，解决了蛋白质变性和沉淀的问题Hlo1979年，德

3、国Kula等将双水相萃取技术应用于生物酶的分离，为以后双水相萃取技术在生物蛋白质、酶分离纯化方面的应用奠定了基础【2］。迄今为止，双水相萃取技术已被成功应用于生物工程、药物提取、金属离子分离等方面。尽管其已发展成为一种相对比较成熟的技术，但仍然有值得深入研究与完善的方面。作者在此主要介绍了双水相萃取的基本要点及应用特点，综述了双水相萃取技术在生物工程、药物成分提取分离等方面的应用。2双水相萃取的要点2.1双水相萃取的原理双水相萃取与水・有机相萃取的原理相似，都是依据物质在两相间的选择性分配，但萃取体系的性质不同。当物质进入双水相体系后，由于表面性质、

4、电荷作用和各种力(如憎水氢键和离子键等)的存在和环境的影响，使其在上、下相中的浓度不同。对于某一物质，只要选择合适的双水相体系，控制一定的条件，就可以得到合适的分配系数，从而达到分离纯化之目的【3】。2.2双水相萃取技术的特点双水相萃取技术设备简单、在温和条件下进行简单操作就可获得较高的收率和纯度。与一些传统的分离方法相比，双水相萃取技术具有以下特点：(1)双水相体系中的传质和平衡速度快，回收率高，分相时间短，自然分相时间一般为5-15min,相对某些分离过程，可以实现快速分离，且能耗较低。(2)两相间的界面张力小，一般为1x10-7-1xW-4mN

5、m-1,比一般的有机萃取两相体系界面张力(1x10-3^2x10-2mNm-1)低得多，因此两相易分散，有利于强化相际间的物质传递，整个操作过程可以在常温常压下进行，不会引起生物活性物质失活或变性。(3)分离过程更经济，与常用固液分离方法相比,可省去2个分离步骤。(4)两相的溶剂都是水，上相和下相的含水量高达70%〜90%(质量分数)，不存在有机溶剂残留问题。(1)聚合物的浓度、无机盐的种类和浓度以及体系的pH值等因素都对被萃取物质在两相间的分配产生影响，因此，可以采用多种手段来提高选择性和回收率。(2)易于连续化操作，设备简单，并且可直接与后续提纯

6、工序相连接，无需进行特殊处理。例如可以采用高分配系数和高选择性的多级逆流分配操作。2.3双水相的种类双水相萃取中使用的双水相是由两种互不相溶的高分子溶液或者互不相溶的盐溶液和高分子溶液组成。最常见的就是聚乙二醇(PEG)/葡聚糖(Dextran)和PEG/无机盐(硫酸盐、磷酸盐等)体系，其次是聚合物/低分子量组分、离子液体体系和高分子电解质/高分子表面活性剂体系。此外，还有被称为智能聚合物的双水相体系，智能聚合物又称刺激■响应型聚合物(Stimulus-responsivepolymers)或环境敏感聚合物(Environmentally-sensi

7、tivepolymers)o智能聚合物是一种功能高分子材料，当外界环境(如温度、pH值、离子强度、外加试剂、光、电场或磁场等)发生微小变化时，聚合物分子的微观结构会发生快速、可逆的转变,使其从亲水性变为疏水性。智能聚合物的双水相体系有：温度敏感型双水相体系、酸度敏感型双水相体系、光响应型双水相体系、亲和功能双水相体系⑷。2.4双水相的形成当一定浓度的某种有机物水溶液与其它有机物水溶液，或者有机物水溶液与无机盐水溶液以一定体积比混合时,能够自然分相并形成互不相溶的双水相或者多水相体系，这就是双水相体系。从溶液理论来说，当2种有机物或者有机物与无机盐混合

8、时，是分相还是混合成一相,取决于混合时的嫡变和分子间的相互作用力。由于双水相体系本身的复杂性，体系的爛很难准