双水相萃取

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。

双水相萃取技术双水相体系简介( 双水相体系简介(Aqueous two phase extraction, ATPE) )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)。

双水相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，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) 的存在和环境的影响，使其在上、下相中的浓度不同。

对于某一物质，只要选择合适的双水相体系，控制一定的条件，就可以得到合适的分配系数，从而达到分离纯化之目的。

双水相的形成双水相系统PEG = 聚已二醇Kpi = 磷酸钾DX = 葡聚糖(dextran双水相体系的分类高聚物/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双水相萃取体系的特点1) 整个体系的含水量高(70%~90%), 萃取是在接近生物物质生理环境的条件下进行，故而不会引起生物活性物质失活或变性；2) 单级分离提纯效率高。

通过选择适当的双水相体系，一般可获得较大的分配系数，也可调节被分离组分在两相中的分配系数，使目标产物有较高的收率；3) 传质速率快，分相时间短。

双水相体系中两相的含水量一般都在80%左右，界面张力远低于水-有机溶剂两相体系，故传质过程和平衡过程快速；4) 操作条件温和，所需设备简单。

整个操作过程在室温下进行，相分离过程非常温和，分相时间短。

大量杂质能与所有固体物质一起去掉，大大简化分离操作过程；双水相萃取体系的特点5) 过程易于放大和进行连续化操作。

双水相萃取易于放大，各种参数可以按比例放大而产物收率并不降低，易于与后续提纯工序直接相连接，无需进行特殊处理，这对于工业生产来说尤其有利；6) 不存在有机溶剂残留问题，高聚物一般是不挥发性物质，因而操作环境对人体无害；7) 双水相萃取处理容量大，能耗低。

➢ 一般采用室温操作： 成相系统聚合物PEG对蛋白质有稳定作用，常温下蛋 白质不会发生变性； 常温下溶液粘度较低， 容易相分离； 常温操作节省冷却费用。
4.双水相萃取技术的发展
（1）历史：
➢ 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）； ➢ 20世纪60年代，瑞典Lund大学的Albertsson P A及同事 最先提出了双水相萃取技术； ➢ 1979年，西德的Kula M R等人首次将ATPE应用于生物产 品分离；
➢大量研究表明：生物分子的分配系数取决于溶质与双水相系统 间的各种相互作用，主要有静电作用、疏水作用和亲和作用等， 其分配系数可为各种相互作用之和。
ln m ln me ln mh ln ml
①静电作用：两相系统中若有带电溶质存在，会ห้องสมุดไป่ตู้大分子在两 相间的分配系数产生影响。（图5-15） Donnan Potential:当大分子或粒子带有静电荷时，在带有电荷 分配不相等时，就会在两相间产生电位差，称为道南电位。 ②疏水作用：某些大分子物质表面具有疏水区，溶质的表面疏 水性会对其在两相间的分配系数产生影响。
3.影响双水相分配的主要因素
高聚物的相对分子质量 高聚物的浓度 盐的种类和浓度 PH值 温度
（1）高聚物的相对分子质量：
➢在高聚物浓度保持不变的前提下，降低该高聚物的相对分子质 量，被分配的可溶性生物大分子如蛋白质或核酸，或颗粒如细 胞或细胞碎片和细胞器，将更多地分配于该相。
以PEG-Dextran体系为例，↓Dextran→K↓ ↓PEG→K↑（表5-4）

这是因为成相聚合物的 疏水性对酶等亲水性物质的 分配产生较大的影响。
二、体系中无机盐离子的影响
无机盐离子在两相中也有不同的分配，因此在两相间形 成电位差。由于各相要保持电中性，使得带电生物大分子， 如蛋白质和核酸等分别向两相移动分配。
水相pH6.9时, （碱性） 溶菌酶带正电荷 （酸性） 卵蛋白带负电荷
双水相在细胞碎片分离中的应用：
细胞碎片的分布行为图
双水相组分表：
从图中可以看出，随着液相中无机盐浓度的 增加，细胞逐渐由下层向上层分配；先进入双 水相，最后完全进入上相。
从清除细胞碎片的角度考虑，在刚形成双水 相时细胞碎片的沉淀最完全，上清液最清，也 最有利于离心分离。
思考题： 1、双水相是怎样形成的？ 2、图7-2中，T、B各表示什么，BM、TM表示什么？ 3、结合图7-10、7-11，说明为什么细胞浓度对分配系
顺便提一下： 菌体细胞一般带负电荷，
指的是：中性水。但在 pH < 4.0以下，则带正电荷。
关键是要了解它的pI。
3、体系pH的影响
pH会影响蛋白质中可离 解基团的离解度，因而改变 蛋白质所带电荷和分配系数； 另外，pH还影响系统缓冲物 质磷酸盐的离解程度，影响 相间电位差，从而影响分配 系数。
根据这一原则测定蛋白质 等电点pI的方法，称为交错 分配法
当正负电荷完全中和时，即形成沉淀。 （5区）
（二）、双水相体系的相体积比：
对萃取分离体系而言，相体积比是影响萃取分 离效率的重要因素，正、负离子表面活性剂的配 比及总浓度对双水相体积比有很大影响：
1、正、负离子表面活性剂配比对相体积比的影响：
固定表面活性剂的总浓度为0.18mol/L，从图中 可看出，在能够形成双水相的两个浓度区间，随 着CTAB配比的增加，上相体积呈增加的趋势。这 主要是由于CTAB的极性较大，能够争夺更多的水 分子。