第5章 双水相萃取

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
27
双水相系统的相图可由实验测定: 双水相系统的相图可由实验测定
以此类推, 以此类推,由实验测定一系列双节线上 的系统组成点,以高聚物P浓度对高聚物 的系统组成点,以高聚物 浓度对高聚物 Q浓度作图,即可得到双节线 浓度作图, 浓度作图
28
2.3 常用的双水相体系
29
常用体系
双水相萃取中常采用的双聚合物系 统为PEG/Dex,该双水相的上相富 , 统为 含PEG,下相富含 ,下相富含Dex。 。
4
概述: §1. 概述
问题的提出: 问题的提出:常规的分离方法 1. 过滤和离心技术 . 已被广泛地应用于固液分离工程中, 已被广泛地应用于固液分离工程中, 但这两种单元操作依赖于被分离颗粒的 尺寸或密度的差异, 尺寸或密度的差异,因此当希望收集微 生物的细胞器、分离去除细胞碎片、 生物的细胞器、分离去除细胞碎片、提 取和浓缩胞内物质时,普通的过滤和离 取和浓缩胞内物质时, 心技术就不合适。 心技术就不合适。
36
(1)高聚物的分子量 高聚物的分子量
在高聚物浓度保持不变的前提下, 在高聚物浓度保持不变的前提下,降 低该高聚物的分子量, 低该高聚物的分子量,被分配的可溶性 生物大分子如蛋白质或核酸, 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, 细胞或细胞碎片和细胞器,将更多的分 配于该相。 体系而言, 配于该相。对PEG – Dcxtran体系而言, 体系而言 Dextran分子量减小,分配系数会减小; 分子量减小, 分子量减小 分配系数会减小; PEG 的分于量减小,物质的分配系数会 的分于量减小, 增大(见表 见表2-13),这是一条普遍规律。 增大 见表 ,这是一条普遍规律。
7
双水相萃取技术的优点: 双水相萃取技术的优点:
作为一种新型的分离技术,克服 作为一种新型的分离技术, 了常规萃取有机溶剂对生物物质的 变性作用, 变性作用,提供了一个温和的活性 环境,在萃取过程中具有保持生物 环境,在萃取过程中具有保持生物 物质的活性及构象等明显的技术优 物质的活性及构象等明显的技术优 势。
6
大部分生物制品的原液是低浓度 和有生物活性的, 和有生物活性的,需要在低温或常 温条件进行富集、分离, 温条件进行富集、分离,因而常规 的萃取技术在这些领域中的应用受 到限制。双水相体系就是考虑到这 到限制。 种现状, 种现状,基于液液萃取理论同时考 虑保持生物活性所开发的一种新型 的液液萃取分离技术。 的液液萃取分离技术。
25
26
双水相系统的相图可由实验测定: 双水相系统的相图可由实验测定
将一定量的高聚物P浓溶液置于试管内, 将一定量的高聚物 浓溶液置于试管内, 浓溶液置于试管内 然后用已知浓度的高聚物溶液Q来滴定 来滴定。 然后用已知浓度的高聚物溶液 来滴定。 随着高聚物Q的加入 的加入, 随着高聚物 的加入,试管内溶液由均 相突然变混浊,记录Q的加量 的加量。 相突然变混浊,记录 的加量。然后再在 试管内加入l 水 溶液又澄清, 试管内加入 ml水,溶液又澄清,继续滴 加高聚物Q,溶液又变混浊, 加高聚物 ,溶液又变混浊,计算此时系 统的总组成。 统的总组成。
37
38
(2)高聚物浓度 高聚物浓度——界面张力的影响 高聚物浓度 界面张力的影响
当成相系统的总浓度增大时,系 当成相系统的总浓度增大时, 统远离临界点,系线长度增加,两 统远离临界点,系线长度增加, 相性质的差别(疏水性等 增大, 疏水性等)增大 相性质的差别 疏水性等 增大,界面 张力也随着增大, 张力也随着增大,蛋白质分子的分 配系数将偏离临界点处的值(m=1), 配系数将偏离临界点处的值 , 即大于1或小于 或小于1。 即大于 或小于 。
10
由于这些聚合物都是以水作为溶 剂;因此形成上述的两个相体系就称 因此形成上述的两个相体系就称 双水相体系。 双水相体系。
11
12
13
2.1.2 定义 定义: 利用双水相的成相现象及待分离 组分在两相间分配系数的差异, 组分在两相间分配系数的差异,进行 组分分离或多水相提纯的技术就叫做 双水相萃取技术。 双水相萃取技术。
30
31
§3 双水相萃取原理
3.1 双水相萃取的基本原理 双水相萃般与水-有机相萃取的 双水相萃般与水 有机相萃取的 原理相似, 原理相似,都是依据物质在两相间 的选择性分配, 的选择性分配,但萃取体系的性质 不同。 不同。
32
当物质进入双水相体系后,由于表面 当物质进入双水相体系后, 性质、电荷作用和各种力(如憎水键、 性质、电荷作用和各种力 如憎水键、 如憎水键 氢键和离子键等)的存在和环境因素的 氢键和离子键等 的存在和环境因素的 影响,在上相和下相间进行选择性分配, 影响,在上相和下相间进行选择性分配, 这种分配关系与常规的萃取分配关系相 表现出更大或更小的分配系数。 比,表现出更大或更小的分配系数。
15
当两种高分子聚合物之间存在相互 排斥作用时,由于相对分子质量较 排斥作用时,由于相对分子质量较 大,分子间的相互排斥作用与混合 过程的熵增加相比占主导地位,一 过程的熵增加相比占主导地位, 种聚合物分子的周围将聚集同种分 子而排斥异种分子,当达到平衡时, 子而排斥异种分子,当达到平衡时, 即形成分别富含不同聚合物的两相。 即形成分别富含不同聚合物的两相。
16
在双水相体系中.两相的水分都占 在双水相体系中.两相的水分都占85 %~95%, %,且成相的高聚物和无机盐一 %~ %,且成相的高聚物和无机盐一 般都是生物相容的, 般都是生物相容的,生物活性物质或细 胞在这种环境中不仅不会失活, 胞在这种环境中不仅不会失活,而且还 会提高它们的稳定性, 会提高它们的稳定性,因此双水相萃取 体系正越来越多地被用于生物技术领域。 体系正越来越多地被用于成机理 2.1.1 概念 把两种或两种以上具有一定浓度 的亲水性聚合物溶液混合后静置, 的亲水性聚合物溶液混合后静置,这些 亲水性的高分子聚合物并不混为一相, 亲水性的高分子聚合物并不混为一相, 而是分成多个液相,这种现象称之为聚 而是分成多个液相,这种现象称之为聚 合物的不相容性。 合物的不相容性。
1
第五章 双水相萃取
1. 教学内容 双水相分离理论; 双水相分离理论;双水相的形 相图与物质在两相中的分配; 成;相图与物质在两相中的分配;双 水相萃取技术的应用与发展。 水相萃取技术的应用与发展。
2
2.教学基本要求 . 了解双水相形成原理及在生物工 程领域中的应用; 程领域中的应用;掌握双水相相图 的应用;掌握分配系数的应用。 的应用;掌握分配系数的应用。 3.重点与难点 . 重点: 重点:掌握双水相相图极其应用。
14
2.1.3 双水相的成相原因 空间阻碍作用 双水相的成相原因:
根据热力学第二定律可知, 根据热力学第二定律可知,混合 是熵增加的过程,因而可自发进行。 是熵增加的过程,因而可自发进行。 另一方面, 另一方面,分子间存在相互作用 力,并且这种分子间相互作用力随 相对分子质量的增大而增大。 相对分子质量的增大而增大。
39
40
(3)盐类 盐类
由于盐的正、 由于盐的正、负离子在两相间的 分配系数不同,两相间形成电势差, 分配系数不同,两相间形成电势差, 从而影响带电生物大分子的分配。 从而影响带电生物大分子的分配。
35
适宜的工艺条件主要通过实验方 法得到。 法得到。 这些因素直接影响被分配物质在 两相的界面特性和电位差, 两相的界面特性和电位差,并间接 影响物质在两相的分配。 影响物质在两相的分配。通过选择 合适的萃取条件, 合适的萃取条件,可以提高生物物 质的收率和纯度, 质的收率和纯度,也可以通过改变 条件将生物物质从双水相体系中反 萃出来。 萃出来。
24
B相和 相质量之比等于系线上 与 相和C相质量之比等于系线上 相和 相质量之比等于系线上CA与 AB的线段长度之比。又由于两相密度 的线段长度之比。 的线段长度之比 相差很小(双水相体系上相和下相密度 相差很小 双水相体系上相和下相密度 常在1.0~ 之间), 常在 ~1.1kg/dm3之间 ,故上下 / 相体积之比也近似等于系线上CA与 相体积之比也近似等于系线上CA与AB 线段长度之比, 线段长度之比,即:
18
19
20
21
22
用A点代表体系总组成,B点和 点 点代表体系总组成, 点和C点 点代表体系总组成 点和 分别代表互相平衡的上相和下相组成, 分别代表互相平衡的上相和下相组成, 称为节点。 、 、 三点在一条直线 称为节点。A、B、C三点在一条直线 称为系线(tiellne)。系线的长度是 上,称为系线 。 衡量两相间相对差别的尺度, 衡量两相间相对差别的尺度,系线越 两相间的性质差别越大, 长,两相间的性质差别越大,反之则 越小。 越小。
5
2.萃取 .
是最常用的一种液液分离方法, 是最常用的一种液液分离方法,在 制药和化工行业应用极为普遍, 制药和化工行业应用极为普遍,但是 普通的有机溶剂萃取法由于以下原因 难于应用于蛋白质分离: 难于应用于蛋白质分离 (1)许多蛋白质都有极强的亲水性, 许多蛋白质都有极强的亲水性, 许多蛋白质都有极强的亲水性 不溶于有机溶剂; 不溶于有机溶剂 (2)蛋白质在有机溶剂相中易变性失 蛋白质在有机溶剂相中易变性失 活。
17
2.2 相图
把双水相体系中的组成成分, 把双水相体系中的组成成分,分 别以不同的浓度相混, 别以不同的浓度相混,然后观察其 成相过程, 成相过程,把此过程以图的形式描 绘下来, 绘下来,即称为此种双水相体系的 相图。 相图。 不同的双水相体系, 不同的双水相体系,其成相条件 是不同的, 是不同的,相图常被用于研究不同 双水相体系中的成相现象。 双水相体系中的成相现象。
33
其分配规律服从Nernst分配定律 其分配规律服从 分配定律
CT、CB分别代表上相、下相中的溶质 分别代表上相、 、 的浓度。研究表明,在相体系固定时, 的浓度。研究表明,在相体系固定时, 预分离物质在相当大的浓度范围内, 预分离物质在相当大的浓度范围内, 分配系数K为常数 与溶质的浓度无关, 为常数, 分配系数 为常数,与溶质的浓度无关, 只取决于被分离物质本身的性质和特 定的双水相体系。 定的双水相体系。
3
生物分离过程的一般流程
原料液 细胞分离(离心,过滤) 细胞分离(离心,过滤) 路线一 路线二
细胞- 细胞-胞内产物 路线一B 路线一B 包含体 溶解(加盐酸胍、 溶解(加盐酸胍、脲) 复性 细胞破碎 碎片分离
清液- 清液-胞外产物
路线一A 路线一A
粗分离(盐析、萃取、超过滤等) 粗分离(盐析、萃取、超过滤等) 纯化(层析、电泳) 纯化(层析、电泳) 脱盐(凝胶过滤、超过滤) 脱盐(凝胶过滤、超过滤) 浓缩(超过滤) 浓缩(超过滤) 精制(结晶、干燥) 精制(结晶、干燥)
34
3.2 影响物质分配平衡的因素
影响物质在双水相系统巾分配的 主要因素有: 主要因素有: 组成双水相体系的高聚物类型 高聚物类型; 组成双水相体系的高聚物类型; 高聚物的平均分子量 平均分子量和 高聚物的平均分子量和分子量分 布; 高聚物的浓度 浓度; 高聚物的浓度; 成相盐和非成相盐的种类 种类; 成相盐和非成相盐的种类;盐的 离子强度; 值 离子强度;pH值。
8
双水相萃取技术缺点: 双水相萃取技术缺点:
易乳化、相分离时间长,成相聚合 易乳化、相分离时间长, 物的成本较高,水溶性高聚物大多 物的成本较高, 数黏度较大,不易定量控制; 数黏度较大,不易定量控制;水溶 性的高聚物难以挥发, 性的高聚物难以挥发,使反萃必不 可少,高聚物回收困难等。 可少,高聚物回收困难等。
23
若A向双节线移动,B、C两点接近, 向双节线移动, 、 两点接近, 向双节线移动 两点接近 系线长度趋向于零时,即A点在双节线 系线长度趋向于零时, 点在双节线 K点时,体系变成一相,K称为临界点。 点时, 称为临界点。 点时 体系变成一相, 称为临界点 在同一系线上不同的点,总组成不同, 在同一系线上不同的点,总组成不同, 而上、下两相组成相同, 而上、下两相组成相同,只是两相体 不同, 积VT、VB不同,但它们均服从杠杆原 理。
相关文档
最新文档