双水相体系萃取(精)
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双水相萃取的原理双水相萃取是一种常用的分离和提纯技术,广泛应用于化工、生物制药、环境保护等领域。
其原理是利用两种不相溶的溶剂相,在其界面上形成的萃取膜来实现目标组分的传质过程。
双水相萃取的原理基于目标物质在两种不同相溶剂中的分配系数不同,通过在两相之间的传质过程实现目标物质的分离和提纯。
在双水相萃取中,通常选择两种不相溶的有机溶剂和水相作为两相。
有机相通常选择具有较好的萃取性能和分配系数的有机溶剂,如乙酸乙酯、正庚烷等;水相则选择水或者含有盐类、酸碱等物质的溶液。
通过合理选择两种相溶剂,可以实现对目标物质的高效分离和提取。
在双水相萃取的过程中,首先将两相混合并充分搅拌,使目标物质在两相之间达到平衡分配。
然后,通过分离器将两相分离,得到含有目标物质的有机相和不含目标物质的水相。
接下来,可以通过再次萃取、结晶、蒸馏等方法对有机相进行进一步的提纯,最终得到纯净的目标物质。
双水相萃取的原理是基于目标物质在两种不同相溶剂中的分配系数不同,利用两相之间的传质过程实现目标物质的分离和提纯。
通过合理选择两种相溶剂,并通过混合、分离和进一步提纯等步骤,可以实现对目标物质的高效分离和提取。
双水相萃取技术具有操作简便、成本较低、分离效果好等优点,因此在工业生产和实验室研究中得到了广泛应用。
总的来说,双水相萃取技术是一种重要的分离和提纯技术,其原理简单而有效。
通过合理选择相溶剂和优化操作条件,可以实现对目标物质的高效分离和提取,为化工、生物制药、环境保护等领域提供了重要的技术支持。
希望通过本文的介绍,读者对双水相萃取的原理有了更深入的了解。
蛋白分离纯化技术之双水相萃取技术双水相萃取是一项蛋白分离和蛋白纯化技术,是利用物质在两相间的选择分配差异而进行分离提纯的,目前已经被广泛应用与医药化学、细胞生物学、生物化工和食品工业等领域。
双水相萃取技术用于提取蛋白质等生物活性物质时,具有操作简单、体系含水量高,在萃取过程中可以保持物质的构象稳定、蛋白不易失活并获得高的萃取率的特点。
1、双水相萃取技术可分离和纯化蛋白双水相萃取技术可以用于蛋白分离和蛋白纯化,包含在一些蛋白分离公司提供的服务。
早期,如在20世纪60年代,有研究者全面进行了生物大分子在双水相系统中的分配行为的研究,得到了蛋白质、酶、核酸、病毒、抗体抗原复合物以及细胞等的分配数据。
双水相系统具有温和的操作条件,对于在极性条件下易造成变性失活的蛋白质和酶的提取中表现出了很大的优势。
双水相萃取法进行蛋白分离和蛋白纯化的原理是:聚合物与聚合物之间或聚合物与盐之间由于分子空间阻碍作用形成了双水相。
当待分离物质进入体系后,由于各组分表面性质、电荷作用和各种力的作用和溶液环境的影响,使其在上、下相中的分配系数不同,通过调节体系参数使被分离物质在两相间选择性分配,从而实现目标组分的分离纯化。
双水相萃取技术进行蛋白分离和蛋白纯化具有以下优点:(1)易于放大,各种参数可以按照比例放大而不降低产物收率[1];(2)双水相系统传质和平衡过程速度快,回收效率高、能耗较小;(3)易于进行连续化操作、设备简单,且可以直接与后续提纯工序相连接,无需进行特殊处理;(4)相分离条件温和,双水相体系的张力很小,有利于保持生物分子的活性,可以直接用在发酵液中;(5)影响双水相体系的因素比较复杂,可调参数多,便于改变操作条件提高纯化效果。
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2、双水相萃取技术分离和纯化物质的研究α-淀粉酶是一类用途十分广泛的酶,在粮食、食品加工,以及医药行业等都经常使用,由于α-淀粉酶是具有重要应用价值的工业酶,周内外很多课题组对它进行了研究。
双水相的萃取原理及应用双水相萃取是一种常用的分离纯化技术,其原理是将两种互不相溶的溶剂(一般是水和有机溶剂)在适当的条件下混合形成两个相,通过溶质在两相间的分配系数差异,使溶质转移到另一相中来实现分离纯化。
双水相萃取技术在生物医药、食品工业、环境监测等领域有广泛的应用。
双水相萃取的原理可以通过亲水基团和疏水基团之间的相互作用来解释。
当有机溶剂向水中注入时,溶剂分子中的疏水基团与水中的活泼基团(如羟基和胺基)发生作用,形成一层水合包裹层。
这种水合包裹层使有机溶剂和水发生互溶性差异,从而使两种溶剂形成不相容的两个相。
双水相萃取的应用可以归纳为以下几个方面:1. 生物活性物质分离纯化:双水相萃取广泛应用于生物活性物质分离纯化领域,例如从植物提取出天然产物(如植物提取物中的生物碱、黄酮、甾醇等);从微生物培养液中提取酶、蛋白质等生物活性物质;海洋生物样品的提取等。
双水相萃取可以有效地分离目标物质并去除一些干扰性物质,提高目标物质的纯度和产率。
2. 蛋白质的分离纯化:双水相萃取可以用于蛋白质的分离纯化。
由于蛋白质在不同的条件下会有不同的溶解度,通过调节溶剂的性质和条件,可以使目标蛋白质在双水相中的分配系数大于1,从而实现蛋白质的富集和分离纯化。
3. DNA/RNA的提取:双水相萃取也可用于DNA/RNA的提取。
DNA/RNA在某些条件下与有机溶剂形成复合物,可以通过双水相萃取的方法将DNA/RNA 从混合物中分离出来。
这是分子生物学研究中常用的一种DNA/RNA提取方法。
4. 药物研发:双水相萃取在药物研发中有着重要的应用。
药物研发中常常需要提取、分离纯化目标化合物,双水相萃取可以通过调节溶剂体系的性质和条件,实现对复杂混合物中目标化合物的分离纯化,从而提高化合物的纯度和产率,为药物研发提供了有效的手段。
除了上述应用外,双水相萃取还可以用于环境监测、食品工业等领域。
例如,在环境监测中,可以利用双水相萃取将有机污染物和水样分离,进而进行有机污染物的检测与分析。
双水相体系配制与萃取实验报告一、实验目的本实验旨在掌握双水相体系的配制方法及其在萃取中的应用,了解萃取原理,熟练掌握萃取方法。
二、实验原理1. 双水相体系双水相体系是指两种不相溶的水溶液混合后形成两个互不混合的层。
常见的双水相体系有三种:乙醇-盐酸、聚乙二醇-硫酸和磷酸盐-硫酸。
其中以乙醇-盐酸为例,当乙醇和盐酸混合时,由于两者极性不同,无法完全混合,形成两个不同密度的液相。
2. 萃取原理萃取是利用不同物质在溶剂中的溶解度差异而进行分离纯化的方法。
常用于分离提纯化学物质或生物物质。
在双水相体系中,可以利用两个不同密度的液相进行分离。
三、实验步骤1. 配制双水相体系将10mL浓盐酸加入50mL 95%乙醇中,搅拌均匀。
2. 萃取实验将10mL橙黄色染料加入双水相体系中,轻轻摇晃容器使其混合均匀。
观察到橙黄色染料被分配到乙醇相中。
3. 分离两相用滴管吸取乙醇相,移至干燥的试管中。
用水洗涤滴管后再吸取盐酸相,移至另一个干燥的试管中。
4. 检测分离后的物质在乙醇相中加入少量氢氧化钠溶液,观察到橙黄色染料变成了蓝色。
在盐酸相中加入苯胺溶液,观察到产生了沉淀。
四、实验结果通过本次实验,成功配制出了乙醇-盐酸的双水相体系,并利用该体系进行了萃取实验。
观察到橙黄色染料被分配到乙醇相中,并成功分离两个不同密度的液相。
最终,在乙醇相中检测到了蓝色染料,在盐酸相中检测到了沉淀。
五、实验思考1. 双水相体系的应用有哪些?双水相体系可以用于萃取、分离和纯化生物大分子,如蛋白质、DNA和RNA等。
此外,还可以用于制备纳米材料、催化剂和药物等。
2. 萃取实验中为什么要加入氢氧化钠溶液和苯胺溶液?氢氧化钠溶液可以使橙黄色染料变成蓝色,从而检测出乙醇相中的染料。
苯胺溶液可以与盐酸反应产生沉淀,从而检测出盐酸相中的物质。
3. 双水相体系如何选择?选择双水相体系应考虑所需分离物质的性质和目标纯度。
不同双水相体系对不同物质有不同的选择性,因此需要根据实际情况进行选择。
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。
双水相萃取技术
早在1896年,Beijerinek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 p hase system,AT PS
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。
大量研究表明,生物分子在双水相系统中的实际分配是生物分子与双水相系统
间静电作用、疏水作用、生物亲和作用等共同作用的结果 ,形式上可以将分配系数
的对数值分解为几项:
InK = In Km+I nKe+ln Kh+I nKb+l nKs+l nKc
式中,Ke-----静电作用对溶质分配系数的贡献;
Kh——疏水作用对溶质分配系数的贡献;
Kb-----生物亲和作用对溶质分配系数的贡献;
Ks-----分子大小对溶质分配系数的贡献;
Kc-----分子构型影响对溶质分配系数的贡献;
Km -----除上述因素外的其它因素影响对溶质分配系数的贡献。
值得指出的是,这些因素中虽然没有一个因素完全独立于其它因素 ,但一般来说,
这些不同的因素或多或少是独立存在的。
影响待分离物质在双水相体系中分配行为的主要参数有成相聚合物的种类、成
相聚合物的分子质量和总浓度、无机盐的种类和浓度、 pH值、温度等。
双水相的优势
A TPE作为一种新型的分离技术,对生物物质、天然产物、抗生素等的提取、 纯化
表现出以下优势:
(1含水量高(70%--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;
(2可以直接从含有菌体的发酵液和培养液中提取所需的蛋白质 (或者酶,还能不
经过破碎直接提取细胞内酶,省略了破碎或过滤等步骤;
(3分相时间短,自然分相时间一般为5min~15 min;
(4界面张力小(10-7~10-4mN/m,有助于两相之间的质量传递,界面与试管壁形成 的
接触角几乎是直角;
(5不存在有机溶剂残留问题,高聚物一般是不挥发物质,对人体无害;
(6大量杂质可与固体物质一同除去;
(7易于工艺放大和连续操作,与后续提纯工序可直接相连接,无需进行特殊处理;
(8操作条件温和,整个操作过程在常温常压下进行;
(9亲和双水相萃取技术可以提高分配系数和萃取的选择性。
虽然该技术在应用方面已经取得了很大的进展,但几乎都是建立在实验的基础
上,到目前为止还没能完全清楚地从理论上解释双水相系统的形成机理以及生物分 子在
系统中的分配机理。
应用
双水相萃取技术已广泛应用于生物化学、细胞生物学、生物化工和食品化工等
领域,并取得了许多成功的范例,主要是分离蛋白质,酶,病毒,脊髓病毒和线病毒的
纯 化,核酸,DNA的分离,干扰素,细胞组织,抗生素,多糖,色素,抗体等。
此外双水相还可用于稀有金属/贵金属分离,传统的稀有金属/贵金属溶剂萃取方 法
存在着溶剂污染环境,对人体有害,运行成本高,工艺复杂等缺点。双水相技术萃取 技
术引入到该领域,无疑是金属分离的一种新技术。
目前,用此法来提纯的酶已达数十种,其分离过程也达到相当规模,1-Horng Pan
等
人利用PEG1500/ NaH2P04体系从Trichoderma koningii发酵液中分离纯化 伕木糖 苷
酶,该酶主要分配在下相,下相酶活回收率96.3%,纯化倍数33;
双水相体系分类
高聚物/高聚物双水相体系
高聚物/无机盐双水相体系
低分子有机物/无机盐双水相体系
表面活性剂双水相体系