双水相萃取技术
早在1896年,Beijerinck发现,当明胶与琼脂或明胶与可溶性淀粉溶液相混时,得到一个混浊不透明的溶液,随之分为两相,上相富含明胶,下相富含琼脂(或淀粉,这种现象被称为聚合物的不相溶性(incompatibility,从而产生了双水相体系(Aqueous two
phase system,ATPS。
传统的双水相体系是指双高聚物双水相体系,其成相机理是由于高聚物分子的空间阻碍作用,相互无法渗透,不能形成均一相,从而具有分离倾向,在一定条件下即可分为二相。一般认为只要两聚合物水溶液的憎水程度有所差异,混合时就可发生相分离,且憎水程度相差越大,相分离的倾向也就越大。可形成双水相体系的聚合物有很多,典型的聚合物双水相体系有聚乙二醇(polyethylene glycol,略作PEG/葡聚糖(dextran,聚丙二醇(polypropylene glycol/聚乙二醇和甲基纤维素(methylcellulose/葡聚糖等。另一类双水相体系是由聚合物/盐构成的。此类双水相体系一般采用聚乙二醇(polyethylene glycol作为其中一相成相物质,而盐相则多采用硫酸盐或者磷酸盐。
萃取原理
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。当萃取体系的性质不同时,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。物质在双水相体系中分配系数K可用下式表示:
K= C上/ C下
其中K为分配系数,C上和C下分别为被分离物质在上、下相的浓度。
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。其分配情况服从分配定律,即,“在一定温度一定压强下,如果一个物质溶解在两个同时存在的互不相溶的液体里,达到平衡后,该物质在两相中浓度比等于常数”,分离效果由分配系数来表征。 由于溶质在双水相系统两相间的分配时至少有四类物质在两个不同相系统共存,要分配的物质和各相组分之间的相互作用是个复杂的现象,它涉及到氢键、电荷相互作用、范德华力、疏水性相互作用以及空间效应等,因此,可以预料到溶质在双水相系统中两相间的分配取决于许多因素,它既与构成双水相系统组成化合物的分子量和化学特性有关,也与要分配物质的大小、化学特性和生物特性相关。
一、双水相系统的相图绘制
1.实验目的
了解制作双水相系统的相图的方法，加深对相图的认识。
2.实验原理
相图是研究两水相萃取的基础，双水相形成条件和定量关系常用相图来表示。图1是典型的高聚物-高聚物-水双水相体系的直角坐标相图，两种聚合物A、B以适当比例溶于水就会分别形成有不同组成、度的两相，上相组成用T点表示，下相组成用B点表示，由图1可知上下相所含高聚物有所偏重，上相主要含B，下相主要含A。曲线TCB称为结线，直线TMB称为系线。结线上方是两相区，下方为单相区，若配比取在曲线上，则混合后，溶液恰好从澄清变为混浊。组成在系线上的点，分为两相后，其上下相组成分别为T和B，T、B量的多少服从相图的杠杆定律。即T和B相质量之比等于系线上MB与MT的线段长度之比。又由于两相密度相差很小，故上下相体积之比也近似等于系线上MB与MT线段长度之比。
图1 A-B-水双水相体系相图
Figure 1 The phase diagram of the A-B-H2O aqueous two-phase system
3.实验器材和试剂
（1）器材：电子台秤，漩涡混合器，大试管，滴定管，密度计，温度计。
（2）试剂：聚乙二醇，硫酸铵，硫酸镁。
4.操作方法
（1）溶液的配制
配制40%的盐（硫酸铵或硫酸镁）溶液
配制40%的聚乙二醇溶液，液体聚乙二醇可用纯溶液。
（2）相图的制作
精确称取一定质量（0.7000g左右）PEG溶液于大试管中，按表1所列第1列数据，加入0.5mL去离子水，用滴定管缓慢滴加已配好的40%的盐溶液，并不断在漩涡混合器上混合，观察溶液的澄清程度，直至试管内液体出现浑浊为止。记录盐溶液的加量(g)。然后，按表格所列第2列数据加入水，溶液澄清，继续向试管中滴加盐溶液并不断混匀，直至再次达到浑浊，如此反复操作。计算每次达到浑浊时，PEG和盐在系统总量中的质量分数，将实验数据填入表中，以PEG的质量分数为纵坐标，某种盐的质量分数为横坐标作图，即得到一条双节线的相图。
双水相萃取技术
早在1896年，Beijerinck发现，当明胶与琼脂或明胶与可溶性淀粉溶液相混时，得到一个混浊不透明的溶液，随之分为两相，上相富含明胶，下相富含琼脂（或淀粉），这种现象被称为聚合物的不相溶性（incompatibility），从而产生了双水相体系（Aqueous two phase
system,ATPS）。
传统的双水相体系是指双高聚物双水相体系，其成相机理是由于高聚物分子的空间阻碍作用，相互无法渗透，不能形成均一相，从而具有分离倾向，在一定条件下即可分为二相。一般认为只要两聚合物水溶液的憎水程度有所差异，混合时就可发生相分离，且憎水程度相差越大，相分离的倾向也就越大。可形成双水相体系的聚合物有很多，典型的聚合物双水相体系有聚乙二醇（polyethylene glycol，略作PEG)/葡聚糖（dextran），聚丙二醇（polypropylene
glycol)/聚乙二醇和甲基纤维素（methylcellulose)/葡聚糖等。另一类双水相体系是由聚合物/盐构成的。此类双水相体系一般采用聚乙二醇（polyethylene glycol）作为其中一相成相物质，而盐相则多采用硫酸盐或者磷酸盐。
萃取原理
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。当萃取体系的性质不同时，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。物质在双水相体系中分配系数K可用下式表示：
K= C上/ C下
其中K为分配系数，C上和C下分别为被分离物质在上、下相的浓度。
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。其分配情况服从分配定律，即，“在一定温度一定压强下，如果一个物质溶解在两个同时存在的互不相溶的液体里，达到平衡后，该物质在两相中浓度比等于常数”，分离效果由分配系数来表征。
实验四、双水相萃取技术－双水相系统制备
一、实验目的
1、了解双水相系统成相的方法
2、观察双水相系统成相现象
二、实验原理
双水相系统中使用的双水相是由两种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。双水相系统的制备，一般是将两种溶质分别配成一定浓度的水溶液，然后将两种溶液按照不同的比例混合，静止一段时间，当两种溶质的浓度超过某一浓度范围时，就会产生两相。
三、实验材料
聚乙二醇、硫酸钠（硫酸铵）、墨水(钢笔水)、烧杯、玻璃棒、量筒、分析天平
四、实验步骤
1、双水相系统的制备
（1）分别配制浓度为6g/100ml、10g/100ml、14g/100ml聚乙二醇溶液各50ml。
（2）配制50ml浓度为14g/100ml的硫酸钠溶液三份。
（3）将不同浓度的聚乙二醇溶液与硫酸钠溶液混合，充分搅拌，静置分层，得到3份双水相系统。
2、观察双水相系统，高浓度双水相系统如不成两相，可定量添加聚乙二醇和硫酸钠的高浓度溶液。
3、向三份双水相系统中分别滴加墨水1滴，观察现象。
五、实验结果
1、记录双水相系统的制备过程中所需聚乙二醇与硫酸钠的浓度。
计算方法：C(PEG)=m(PEG)/V(总)
C(Na2SO4)=m(Na2SO4)/V(总)
2、记录上相、下相中墨水溶液颜色深浅情况。
