生物分离工程 第7章-萃取2课件.ppt

第七章 萃取（Extraction） 第三节 双水相萃取技术 双水相萃取(Aqueous two-phase extraction)是利用物质在互不相溶的两个水相之间分配系数的差异实现分离的方法。 1955年由Albertson首先提出了双水相萃取的概念,此后这项技术在动力学研究、双水相亲和分离、多级逆流层析、反应分离耦合等方面都取得了一定的进展。 到目前为止,双水相技术几乎在所有的生物物质如氨基酸、多肽、核酸、细胞器、细胞膜、各类细胞、病毒等的分离纯化中得到应用,特别是成功地应用在蛋白质的大规模分离中。 溶液的分相不一定完全依赖于有机溶剂，在一定条件下，水相也可以形成两相(即双水相系统)甚至多相。于是有可能将水溶性的酶、蛋白质等生物活性物质从一个水相转移到另一水相中，从而完成分离任务。 聚合物的不相溶性： 主要是由于聚合物分子的空间阻碍作用，相互间无法渗 透，当聚合物的浓度达到一定值时，就不能形成单一的 水相，所以具有强烈的相分离倾向。 某些聚合物的溶液与某些无机盐的溶液相混合时，只要浓 度达到一定值，也会形成两相，即聚合物—盐双水相体系 ① 系统含水量多达75 %～90 % ,两相界面张力极低,有助于保持生物活性和强化相际间的质量传递 ② 分相时间短(特别是聚合物/ 盐系统) ,自然分相时间一般只有5～15min。 ③ 双水相萃取技术易于连续化操作。 ④ 目标产物的分配系数一般大于3 ,大多数情况下,目标产物有较高的收率。 ⑤ 大量杂质能够与所有固体物质一起去掉,与其它常用固液分离方法相比,双水相萃取技术可省去1～2 个分离步骤,使整个分离过程更经济。 ⑥ 设备投资费用少,操作简单,不存在有机溶剂残留问题。 一、 双水相分离理论 1、双水相的形成 2、相图 临界点(critical point)：当系线长度趋于零时, 两相差别消失,任何溶质在两相中的分配系数均为1。如C点。 3、物质在两相中的分配 和溶剂萃取法一样，物质在两水相中的分配用分配系数 K表示。 CT K= —— CB Ct、CB——分别代表上相、下相中溶质的浓度 K—与温度、压力以及溶质和溶剂的性质有关，与溶质的浓度无关。 1）表面自由能的影响(大分子物质表面性质对K影响很大) 2）表面电荷的影响(盐效应：两相系统中如存在盐,对K影响较大) 3）综合考虑（影响因素很多，单因素定量很困难，最佳操作条件靠实验） 4）影响分配平衡的参数 (1)聚合物的影响； (2)体系中无机盐离子的影响； (3)体系PH的影响； (4)体系温度的影响； (5)体系中微生物的影响。 1）表面自由能的影响 2）表面电荷的影响 道南电位(??, Donnan potential):实际双水相系统中有电解质, 当这些离子在两相中K? 1, 则两相间产生电位差?? 进一步可证明： 4）影响分配平衡的参数 (1)聚合物的影响 A 聚和物的分子量的影响 当聚合物的分子量降低时，蛋白质易分配于富含该聚合物的相。例如在PEG—DeX系统中，PEG的分子量减小，会使分配系数增大，而葡聚糖的分子量减小，会使分配系数降低。这是一条普遍的规律，不论何种成相聚合物系统都适用。 B 成相聚和物浓度的影响 当接近临界点时，蛋白质均匀地分配于两相，分配系数接近于1。 如成相聚合物的总浓度或聚合物／盐混合物的总浓度增加时，系统远离临界点，系线的长度也增加，此时两相性质的差别也增大，蛋白质趋向于向一侧分配，即分配系数或增大超过1，或减小低于1。 (2)体系中无机盐离子的影响 盐离子在两相中有不同的分配，因而在两相间形成电位差，由于各相要保持电中性，因此对于带电荷的蛋白质等物质的萃取来说 ,盐的存在就会使系统的电荷状态改变 ,从而对分配产生显著影响。 盐的种类对双水相萃取也有一定的影响 ,因此变换盐的种类和添加其他种类的盐有助于提高选择性。 在不同的双水相体系中盐的作用也不相同。在 PEG/磷酸盐 /水中加入氯化钠可以使万古霉素的分配系数由 4提高到 1 2 0 ,而在 PEG/DeX/水体系中只从 1 . 55提高到 5。 (3)体系PH的影响 pH会影响蛋白质中可以离解基团的离解度，因而改变蛋白质所带电荷和分配系数。 pH也影响磷酸盐的离解程度，若改变H2PO4-和HPO42-之间的比例，也会使