双水相萃取和超临界萃取的方法与特点

双⽔相萃取技术双⽔相萃取技术（two-aqueous phase extraction）⼀、前⾔近年来，随着基因⼯程、蛋⽩质⼯程、细胞培养⼯程、代谢⼯程等⾼新⽣物技术研究⼯作的⼴泛展开，各种⾼附加值的⽣化新产品不断涌现，对⽣化分离技术也提出了越来越⾼的要求。

与上游过程相⽐，⽬前作为下游过程的⽣化分离纯化技术往往存在步骤多，收得率低，处理时间长，重复性差等缺点，这样便严重阻碍了⽣物技术的⼯业化发展。

因此，就迫切需要⼀种分离步骤少，收得率⾼，处理时间短，并且易于放⼤的⽣化分离纯化技术，双⽔相萃取技术就满⾜了这⼀需要。

特别是基因⼯程技术的发展，需要从细胞中提取⾼质量的遗传物质，由于细胞破碎后，在溶液中存在⼤量的轻质细胞碎⽚，给遗传物质的提取形成了很⼤的⼲扰，通常通过离⼼分离和溶剂萃取难以得到⾼纯度⾼活性的遗传物质，⽽通过双⽔相初步提取，可以使⽬标物和轻质碎⽚得到很好的分离，且⽬标物的活性⼏乎没有损失。

因此双⽔相萃取技术得到了很⼤的重视，并且在近20年⾥取得了较⼤的发展。

⼆、发展史双⽔相萃取技术⼜称之为⽔溶液两相分配技术（Partition of two aqueous phase system）1、1896年，Beijernek 在琼脂和可溶性淀粉或明胶混合时，发现这种混合溶液能较快地分为两层，他把这种现象称之为聚合物的“不相容性”（incompatibility）――――体系的发现2、1956年瑞典伦得（Luhd）⼤学的Albertson发现双⽔相萃取技术可⽤于蛋⽩质的选择分离，但⽬标蛋⽩同成相⾼聚物的分离是影响了其⼤规模⼯业应⽤。

――――――――――发现可以⽤于分离提纯3、20世纪70年代中期西德的Kula和Kroner等⼈⾸先将双⽔相技术应⽤于从细胞匀浆液中提取酶和蛋⽩质，从⽽⼤⼤改善了胞内酶的提取过程，提⾼了酶的收得率。

―――――――利⽤于活性物质的提取4、1989年，Diamond等⼈以Flory－Huggins理论为基础，推导出⽣物分⼦在双⽔相体系中的分配模型，但有局限性，仍需继续探索，不断完善。

双水相萃取的原理及应用1. 引言双水相萃取是一种常用的分离和提取技术，它利用两种不相溶的溶剂，即水相和有机相，在液-液界面上进行分相和萃取。

该技术具有高效、简便、环保等特点，被广泛应用于化学、生物、环境等领域。

本文将介绍双水相萃取的原理和一些常见的应用。

2. 双水相萃取的原理双水相萃取的原理基于不同溶剂之间的亲疏水性差异，以及化合物在两种溶剂中的分配系数。

在水相和有机相的界面上，亲水性较强的化合物会向水相转移，而亲水性较弱的化合物则会向有机相转移。

这样，在两相之间可实现化合物的分离和富集。

3. 双水相萃取的步骤双水相萃取通常包括以下几个步骤：•第一步：选择合适的水相和有机相溶剂。

一般情况下，水相为水，有机相为有机溶剂如乙醚、丙酮等；•第二步：将待提取物溶解在适量的水相溶液中，并加入适量的有机相溶液；•第三步：进行充分摇匀和混合，使两相形成均匀混合体；•第四步：静置一段时间，使两相分离，从而形成上下两层液相；•第五步：将两相分离，分别收集上下相中的物质。

4. 双水相萃取的应用4.1. 生物化学•蛋白质分离纯化：双水相萃取可用于蛋白质的富集和纯化，对于分子量较大的蛋白质特别有效；•酶的富集：通过双水相萃取，可以有效地从复杂的酶混合物中富集目标酶，提高其活性和纯度；•生物活性物质的提取：双水相萃取可用于提取天然产物中的生物活性物质，如草药提取液中的有效成分。

4.2. 环境科学•水样前处理：对于含有大量有机物的水样，双水相萃取能够有效地去除有机物，净化水质；•环境污染物的富集：通过双水相萃取，可以将水中微量的有机污染物富集到有机相中，方便进一步分析和检测。

4.3. 化学合成•有机合成中的分离提取：在化学合成过程中，双水相萃取可用于分离和富集目标化合物，提高产率和纯度。

5. 结论双水相萃取是一种高效、简便、环保的分离和提取技术，适用于多个领域。

它的原理基于不同溶剂之间的亲疏水性差异，通过分配系数的差异实现化合物的分离和富集。

萃取过程原理及其在工业中的应用一、萃取过程原理原理：萃取是利用不同的物质在选定溶剂中溶解度的不同以分离混合物中的组分的方法。

注意：分离过程纯属物理过程。

一、萃取过程原理（一）液—液萃取过程原理及应用（二）双水相萃取过程原理及应用（三）超临界流体萃取过程原理及应用1、单级萃取原理：料液与萃取剂在混合过程中密切接触，让被萃取的组分通过相际界面进入萃取剂，直到组分在两相间的分配基本达到平衡。

然后静置沉降，分离成为两层液体。

单级萃取萃取率较低。

2.多级错流萃取原理：原料液F从第一级进入，依次通过各级与加入各级的溶剂Si进行萃取，获得萃余相R1，R2……。

末级引出的萃余相RN进入脱溶剂塔I脱除溶剂SR，获得萃余液RN′。

加入各级的溶剂S1，S2……分别与来自前一级的萃余相进行萃取，获得的萃取相E1，E2……分别从各级排出，通常汇集一起后进入脱溶剂塔II脱除溶剂SE，获得萃取液RE′。

回收的溶剂SR和SE一起返回系统循环使用。

系统还应适量加入新溶剂以补充系统溶剂的损失。

3.多级逆流萃取原理：原料液F从第一级进入，依次经过各级萃取，成为各级的萃余相，其溶质组成逐级降低，溶剂S从末级第N级进入系统，依次通过各级与萃余相逆相接触，进行萃取，使得萃取相中的溶质组成逐级提高，最终获得的萃取相E1和萃余相RN通过脱溶剂塔I、II脱除溶剂，并返回系统循环使用。

液液萃取在工业中的应用1、液液萃取在石油化工中的应用分离轻油裂解和铂重整产生的芳烃和非芳烃混合物用酯类溶剂萃取乙酸，用丙烷萃取润滑油中的石蜡以HF-BF3作萃取剂，从C8馏分中分离二甲苯及其同分异构体2、在生物化工和精细化工中的应用以醋酸丁酯为溶剂萃取含青霉素的发酵液香料工业中用正丙醇从亚硫酸纸浆废水中提取香兰素食品工业中TBP从发酵液中萃取柠檬酸3、湿法冶金中的应用用溶剂LIX63-65等螯合萃取剂从铜的浸取液中提取铜原理：当两种高聚物的水溶液相互混合时，两种被混合分子间存在空间排斥作用，使它们之间无法相互渗透，则在达到平衡时就有可能分成两相，形成双水相。

双水相萃取的特点双水相萃取是一种可以利用较为简单的设备, 并在温和条件下进行简单操作就可获得较高收率和纯度的新型分离技术。

与一些传统的分离方法相比, 双水相萃取技术具有以下独有的特点。

( 1) 两相间的界面张力小, 一般为10- 7—10- 4mN·m- 1 ( 一般体系10- 3—2×10- 2mN·m- 1 ) ,因此两相易分散, 而且它比一般的有机萃取两相体系界面张力低的多, 这样有利于强化相际间的物质传递。

( 2) 操作条件温和, 由于双水相的界面张力大大低于有机溶剂与水相之间的界面张力, 整个操作过程可以在常温常压下进行, 对于生物活性物质的提取来说有助于保持生物活性和强化相际传质。

( 3) 双水相体系中的传质和平衡速度快, 回收率高, 分相时间短, 传质过程和平衡过程速度均很快, 自然分相时间一般为5—15min, 因此相对于某些分离过程来说, 能耗较低, 而且可以实现快速的分离。

( 4) 大量杂质能够与所有固体物质一起去掉, 与其他常用固液分离方法相比, 双水相分配技术可省去1—2 个分离步骤, 使整个分离过程更经济。

( 5) 含水量高, 一般为75%—90% , 在接近生理环境的体系中进行萃取, 不会引起生物活性物质失活或变性。

( 6) 一般不存在有机溶剂的残留问题, 现已证明形成双水相的聚合物( 如PEG) 对人体无害, 可用于食品添加剂、注射剂和制药, 因此对环境污染小。

( 7) 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。

( 8) 易于连续化操作, 设备简单, 并且可直接与后续提纯工序相连接, 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。

( 9) 分配过程因素较多, 可以采取多种手段来提高分配选择性或过程收率。

萃取技术在生物分离中的应用引言利用物质在互不相溶的两种溶剂中溶解度的不同而进行分离的方法称之为萃取。

尤其是近些年，随着萃取技术的发展，在生分离中的应用也越来越广泛，但是，目前常用的传统萃取方法有很多不足，如需大量试剂，试验成本过高，样品处理步骤复杂，浪费时间、人力，样品回收率、精密度不理想，且样品易损失等问题。

随着问题的出现也相应出现解决问题的方法：固相萃取、固相微萃取、超临界萃取、微波萃取等新技术应运而生，本文简要介绍上述几种新型萃取技术在生物分离中的发展与应用。

1、双水相萃取双水相萃取技术是近年来出现的一种前景广阔的分离技术，用此法提取的酶已达数十种，其分离也有相当规模，它被广泛应用于生物化学、细胞生物学和生物化下等领域。

双水相体系是由两种互不相溶聚合物或一种聚合物和无机盐的溶液组成，两相中水都占有很大的比例。

由于与传统的有机溶剂萃取相比，双水相体系能够为生物话性物质提供一种温和的环境，而不易使其失话。

因此双水相萃取技术用于生物话性物质的分离和纯化。

如大多数酶和蛋自质等都能用双水相进行分离纯化。

离子液体，又称室温熔盐。

是由特定的有机阳离子或有机阴离子构成的在室温或接近室温卜旱液态的熔盐体系[1]。

作为一种新型的绿色溶剂，离子液体具有其它常规溶剂无可比拟的优点，如蒸汽压极低，热稳定性和化学稳定性高，液程宽，溶解性强和可设计性等。

离子液体的这此独特性质，使其在多种萃取分离过程中得到应用，被誉为“液体分子筛”，尤其在萃取分离生物物质(如抗生索、氨基酸、蛋自质等)方而表现出了优异性能, 而且取得了很好的分离效果。

研究表明，作为新型绿色溶剂的离子液体也可以形成双水相体系，该双水相体系综合了离子液体和双水相体系的优点，开辟了新的萃取分离体系，此离子液体双水相体系在生物分离下程中具有广阔的应用前景。

离子液体双水相体系综合了离子液体和双水相体系的优点，开辟了新的绿色萃取分离体系。

与传统的双水相体系相比，离子液体双水相体系分相时间短、粘度低、萃取过程不易乳化且离子体系可以回收利用等优点，这此优点称补了传统双水相体系的缺点，因此离子液体双水相体系在生物分离下程中具有]’阔的应用BU景。

三、双水相萃取3.1双水相萃取的原理及特点3.1.1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、电荷作用和各种力（如憎水键、氢键和离子键等）的存在和环境因素的影响，使其在上、下相中的浓度不同。

分配系数K等于物质在两相的浓度比，由于各种物质的K值不同，可利用双水相萃取体系对物质进行分离。

3.1.2双水相萃取的特点双水相体系萃取具有如下特点：（1）含水量高（70%〜90%），是在接近生理环境的温度和体系中进行萃取，不会引起生物活性物质失活或变性；（2）分相时间短，自然分相时间一般为5~15min ；⑶界面张力小（10-7〜10-4mN/m），有助于强化相际间的质量传递；⑷不存在有机溶剂残留问题；（5）大量杂质能与所有固体物质一同除去，使分离过程更经济；（6）易于工程放大和连续操作。

由于双水相萃取具有上述优点，因此，被广泛用于生物化学、细胞生物学和生物化工等领域的产品分离和提取。

3.2双水相萃取在分离和提取各种蛋白质（酶）上的应用用聚乙二醇（PEG）/羟丙基淀粉酶（Reppal PEG）体系经两步法可从黄豆中分离磷酸甘油酸激酶（PGK）和磷酸甘油醛脱氢酶（GAPDH）。

在黄豆匀浆中加入PEG4000，可絮凝细胞碎片及大部分杂蛋白。

在上清液中加入PEG4000（12%）-ReppalPES（40%），PGK在上相、GAPGH 在下相的收率均在80%以上。

萃取过程的放大采用离心倾析机连续处理匀浆液，用离心萃取器完成双水相体系的两相分离，整个工艺具有处理量大、接触时间短、酶收率高的特点。

用PEG/（NH4）2SO4 双水相体系，经一次萃取从A-淀粉酶发酵液中分离提取a淀粉酶和蛋白酶，萃取最适宜条件为PEG1000（15%）-（NH4）2S04（20%），pH=8，a淀粉酶收率为90%，分配系数为19.6，蛋白酶的分离系数高达15.1。