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第四节双水相萃取技术
一、概述
1896年,荷兰微生物学家Beijerinck发现聚合物的不相容性:把明胶与琼脂或明胶与可溶性淀粉溶液混合时,得到一种不透明的混合溶液,静置后分为两相,上相含有大部分水,下相含有大部分琼脂(或淀粉),而两相的主要成分都是水.
1955年,瑞典伦德大学的Albertsson首次利用双水相技术从单细胞藻类中分离淀粉核,从此开创了双水相分配技术。
1979年德国GBF的Kula和Kroner等[3]人将双水相体系用于提取酶和蛋白质,使胞内酶的提取过程大为改善。
1、基本概念及分类
双水相系统:某些亲水性高分子聚合物的水溶液超过一定浓度后可形成两相.
聚合物-聚合物-水系统:聚合物分子的空间阻碍作用使相互间无法渗透
聚合物-无机盐-水系统:盐析作用
为什么会形成双水相?
聚合物之间的不相容性:聚合物分子的空间阻碍作用使相互间无法渗透,从而在一定条件下分为两相。
只要两种聚合物水溶液的水溶性有所差异,混合时就可发生相分离,并且水溶性差别越大,相分离倾向也就越大。
某些聚合物的溶液在与某些无机盐等低分子质量化合物的溶液相混时,只要浓度达到一定值,也会产生两相。其形成机理是由于盐析作用。
双水相系统分类
双聚合物体系:聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)/葡聚糖(dextran,Dx);聚丙二醇(polypropylene glycol)/聚乙二醇;甲基纤维素(methylcellulose)/葡聚糖等。
聚合物和无机盐体系:PEG/磷酸钾(略作KPi)、PEG/磷酸铵、PEG/硫酸钠等
2、双水相萃取技术的基本特点
两相的性质差别(如密度和折射率等)较小
两相间的界面张力也很小
(一)条件温和,体系具有生物亲和性
(二)所需溶液少,操作方便
(三)分离迅速,步骤简便
(四)操作易于控制
(五)可简化分离步骤
(六)能进行萃取性的生物转化
(七)亲和萃取(亲和分配)可大大提高分配系数和萃取专一性
(八)易于工艺的连续化生产
二、双水相分配原理及其理论基础
(一)双水相系统分配原理
是否会形成双水相,取决于混合熵增和分子间作用力两个因素。
混合是自发的熵增过程,而分子间相互作用力则随分子量的变大而增强。
当两种高分子聚合物之间互不相溶时,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,即形成富含两种不同聚合物的两相。
上、下相的组成取决于两种聚合物(如PEG/Dx)的加入量以及其分子质量的大小。
当物质进入双水相体系后,由于表面性质、电荷作用和各种作用力(如憎水键、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。
分配系数 K不同而分离