双水相萃取的原理及应用
双水相萃取的原理
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。
双水相萃取的原理及应用 (2)
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。
双水相萃取解析
➢ 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）
双水相萃取的原理及应用
双水相萃取的原理及应用1. 前言双水相萃取是一种常用的物质分离方法，广泛应用于化学、生物、医药等领域。
本文将介绍双水相萃取的原理及其在不同领域中的应用。
2. 原理双水相萃取是利用两种不相溶的溶剂（通常为水和有机溶剂）之间的相互作用，以实现物质的分离和提取。
其原理基于分子之间的相互作用力，包括疏水性、极性和亲合力等。
2.1 水相与有机相的选择在进行双水相萃取实验时，选择合适的水相和有机相是十分重要的。
常用的水相溶剂有水、盐水等，而有机相溶剂则包括乙酸乙酯、正己烷等。
选择水相和有机相时需要考虑样品的性质、溶解度以及分离的目的。
2.2 萃取剂的选择萃取剂是进行双水相萃取的关键因素之一。
常用的萃取剂包括酸、碱、络合剂等。
通过选择不同的萃取剂，可以实现对不同种类物质的萃取和分离。
2.3 萃取过程双水相萃取的过程包括三个主要步骤：混合、均相化和相分离。
首先，将水相溶液、有机相溶液和适量的萃取剂混合，形成两相体系。
随后，通过剧烈搅拌等方法，使两相充分混合，进一步提高物质的分离效果。
最后，待两相达到平衡后，通过离心等方法使两相分离，获得所需的物质。
3. 应用双水相萃取在许多领域中具有广泛的应用。
以下列举了一些常见的应用领域。
3.1 化学分析双水相萃取可用于化学分析中的样品预处理。
通过选择合适的萃取剂和萃取条件，可以实现对样品中目标物质的浓缩和提取。
在质谱分析、气相色谱等分析方法中，双水相萃取常被用于样品前处理，提高分析的准确度和灵敏度。
3.2 生物制药在生物制药过程中，双水相萃取被广泛应用于蛋白质分离和纯化。
通过调节水相和有机相的条件，可以实现对蛋白质的特异性提取和纯化。
此外，双水相萃取还可以用于细胞培养液中目标物质的富集，提高生物药物产量。
3.3 环境监测双水相萃取可用于环境监测中对水体和土壤中的有害物质进行提取和分析。
通过调节萃取剂的种类和浓度，可以有效地提取出目标物质，实现对环境中的污染物的定性和定量分析。
双水相萃取名词解释
双水相萃取名词解释双水相萃取是一种分离和提取物质的物理化学方法，它基于物质在两种不相溶的水相中的分配差异来实现。
其中，一相为有机溶剂相，另一相为水相。
双水相萃取能够实现目标物质从混合物中的分离纯化，常用于生物化学、制药、环境监测等领域。
与传统的单相溶剂萃取相比，双水相萃取具有高选择度、高灵敏度、快速分离和减少环境污染等优点，在实际应用中具有广泛的应用前景。
双水相萃取的核心原理是不同物质在两相之间的分配差异。
混合物溶解在有机溶剂相中后，目标物质会因其在两相中的溶解度不同而分配到两相中。
根据目标物质在两相中的分配系数，可以通过调整两相的物理化学性质，例如溶剂种类、pH值和离子强度等，来控制目标物质的转移和分离。
在双水相萃取中，通常使用的有机溶剂相为水不溶性有机溶剂，例如丁醚、乙醚、正己烷等。
水相通常为含有盐或酸碱调节剂的水溶液。
混合物溶解在有机溶剂相中后，通过搅拌、超声波处理等方法，使混合物中的目标物质与两相中的溶剂发生混溶，然后静置使两相分层。
最后，可以通过分液、离心等方式分离出两相，从而得到纯净的目标物质。
双水相萃取在实际应用中，常常与其他分离和纯化技术相结合，例如薄层色谱、气相色谱、高效液相色谱等，以实现更精确、高效的分离和纯化。
该技术不仅适用于分离化学品、天然产物、有机合成产物等有机化学领域，也可用于生物分子、生物体内代谢产物等在生物化学、制药等领域中的应用。
总之，双水相萃取是一种基于物质在两种不相溶的溶剂相中分配差异来实现目标物质的分离和纯化的物理化学方法。
它具有许多优点，广泛应用于化学、生物化学、制药和环境监测等领域，并与其他分离和纯化技术相结合，促进了科学研究和工业生产的发展。
第十章双水相萃取
▪ 如，PEG/KPi系统中上、下相(或称轻重相) 的PEG和磷酸钾浓度以及Cl离子在上、下相 中的分配平衡随添加NaCl浓度的增大而改变。
▪ 这种相组成即相性质的改变直接影响蛋白质 的分配系数。
▪ 离子强度对不同蛋白质的影响程度不同，利 用这一特点，通过调节双水相系统中的盐浓 度，可有效地萃取分离不同的蛋白质。
▪ PEG/磷酸钾(KPi)、PEG/磷酸铵、PEG/硫酸钠等常用于生 物产物的双水相萃取。PEG/无机盐系统的上相富含PEG， 下相富含无机盐。
典型的双水相体系
物质类型
物质P的名称
两种非离子型聚合物
聚丙二醇
P为带电荷聚电解质
P Q都为聚电解质 P为聚合物 Q为盐类
聚乙二醇（PEG）
硫酸葡聚糖钠盐 羧甲基葡聚糖钠盐 羧甲基葡聚糖钠盐 聚乙二醇
双水相系统的应用
双水相萃取自发现以来，无论在理论上还是实践上 都有很大的发展。在最近几年中更为突出,在若干生物 工艺过程中得到了应用，其中最重要的领域是蛋白质 的分离和纯化。
▪ (1) 产品的浓缩 ▪ （2）蛋白质的提取和纯化 ▪ （3）生物小分子的分离和纯化 ▪ （4） 中草药有效成分的提取 ▪ （5）生物活性物质的分析检测
11.3.4 温度的影响
温度影响双水相系统的相图， 因而影响蛋白质的分配系数。 但一般来说，当双水相系统离 双节线足够远时，温度的影响 很小，1-2度的温度改变不影响 目标产物的萃取分离。
大规模双水相萃取操作一般在
室温下进行，不需冷却。这是 基于以下原因：(1)成相聚合物 PEG对蛋白质有稳定作用，常 温下蛋白质一般不会发生失活 或变性；(2)常温下溶液粘度较 低，容易相分离；(3)常温操作 节省冷却费用。
• 氢键 • 电荷力 • 疏水作用 • 范德华力 • 构象效应
双水相萃取影响因素
双水相萃取影响因素双水相萃取（SDME）是一种新型、高效的样品前处理技术，可用于化学分析和生物分析等领域，尤其是在食品、环境和药物分析中应用广泛。
本文从理论和实际应用的角度，分析了双水相萃取的影响因素，以期为相关领域的研究和应用提供参考。
一、原理和机理SDME的原理是利用不同极性的两种液体（称为萃取相和反萃取相），通过界面活性剂的作用，形成两个不相溶的液相，样品分子在两个液相之间分配。
通常情况下，萃取相为有机相，反萃取相为水相，通过萃取相与水相之间的互相渗透和传递，达到从样品中提取目标化合物的目的。
具体实现过程如下：1. 在反应器基底加入水相；2. 加入萃取相和表面活性剂，搅拌混合数分钟，形成两相；3. 将要分析的溶液加入反应器中，搅拌混合数分钟；4. 将萃取相吸取至分析管中分析。
根据分析需要，萃取相和反萃取相的性质可根据实际情况选择。
例如：反萃取相可以是水，也可以是其他非极性的有机溶剂（如正己烷）；萃取相可以是极性的醇类（如乙醇、异丙醇等）或非极性的烃类（如十二烷、环己烷等）。
表面活性剂通常选择SDS、Tween-80、CTAB等。
二、影响因素1. 萃取相和反萃取相的性质萃取相和反萃取相的性质包括极性、表面张力和相容性等，是影响SDME效果的关键因素。
通常情况下，萃取相为有机相，反萃取相为水相，且两种相应具有较好的互相溶解性。
萃取相的极性越大，提取的目标化合物就越多。
同时，需要注意的是，萃取相和反萃取相之间的相容性不能太强，否则会影响其形成两相的能力。
2. 表面活性剂的种类和浓度表面活性剂的种类和浓度是影响SDME效果的另一个重要因素。
表面活性剂的作用是促进萃取相与反萃取相的形成，同时还可以增加两相之间的交互面积，从而提高样品分子在两个液相间的分配速度和效率。
SDS、Tween-80和CTAB等表面活性剂均可应用，不同表面活性剂对于不同种类的目标化合物具有不同的选择性。
同时，表面活性剂的浓度也会影响SDME的效果，浓度过大，会形成胶体，浓度过低，会影响SDME两相的形成。
双水相的萃取原理及应用
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。
双水相萃取技术
新型功能双水相系统
温度敏感型双水 相体系
聚合物浓度的影响
聚合物分相的最低浓度为临界点，系线的 长度为零，此时分配系数为1，即组分均 匀的分配于上下相. 随着成相聚合物的总浓度或聚合物/盐混合 物的总浓度增大，系统远离临界点，系线 长度增加，两相性质的差别(疏水性等)增 大，蛋白质分子的分配系数将偏离临界点 处的值(K=1)，即大于1或小于1。因此,成 相物质的总浓度越高，系线越长，蛋白质 越容易分配于其中的某一相。
盐的种类影响
在双聚合物系统中，无机离子具有各自的分配系数， 不同电解质的正负离子的分配系数不同，从而产生不 同的相间电位。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。
盐浓度的影响
盐的浓度不仅影响蛋白质的表面疏水性，而且扰 乱双水相系统，改变各相中成相物质的组成和相 体积比。 例如，PEG/磷酸盐体系中上下相的PEG和磷酸 盐浓度及Cl-在上下相中的分配平衡随添加NaCl 浓度的增大而改变，这种相组成即相性质的改变 直接影响蛋白质的分配系数，如图。 离子强度对不同蛋白质的影响程度不同，利用这 一特点，通过调节双水相系统的盐浓度，可有效 地萃取分离不同的蛋白质。
lnK=lnK0+lnKe+lnKh+lnKb+lnKs+lnKc
式中，下标e、h、b、s、c分别表示静电作用、疏水作用、生 物专一性、分子大小、形态结构对分配系数的贡献。lnK0是 包括其他因素（盐的水合作用、配体相互作用）在内的分配 系数。
静电作用
非电解质型溶质的分配系数不受静电作用的影 响，利用相平衡热力学理论可推导下述分配系数表 达式： lnK=Mλ/RT M-溶质的相对分子质量；λ-与溶质表面性质和 成相系统有关的常数;R-玻尔兹曼常数；T-绝对温度。 生物大分子物质的M值一般很大，λ的微小变化 会引起分配系数很大的变化。因此利用不同的表面 性质，可以达到快速分离非电介质型的大分子溶质 的目的。
双水相萃取
3.影响物质分配的因素
大规模操作一般在室温下进行，不需冷却。这是基于： (a) 成相聚合物PEG对蛋白质有稳定作用，常温下蛋白质不会 发生变性；
(b) 常温下溶液粘度较低，容易相分离；
(c) 常温操作节省冷却费用。
3.影响物质分配的因素
3.5 生物分子疏水基团的影响
• 对于同一种双水相体系，微生物也会影响体系上下相的 比例以及胞内蛋白质在体系的分配系数。 • 这种分配的差异主要是由细胞破碎程度引起的，细胞壁 和细胞膜不同的化学结构也会导致体系上下相比例的改 变。 • 此外，因为PEG是一种常见的絮凝剂和沉淀剂，细胞物 质的絮凝和在不同相中的分配同时发生。所以PEG的存 在改变了物质的溶解曲线。
利用中空纤维膜传质面积大的特点,将膜分离与双水相 萃取相结合,可以大大加快萃取传质速率。利用膜将双水相 体系隔开,可解决双水相萃取的乳化和生物活性物质在界面 的吸附问题。因此,将膜分离同双水相萃取技术相结合,是 解决双水相体系易乳水相萃取技术的进展
5.2.2 双水相萃取同亲和层析相结合—亲和双水相
1.双水相体系概述
1.1 双水相萃取的原理 Sub Text title1
(1) 分配系数
双水相萃取与一般的水-有机物萃取的原理相似， 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，物质进入双水相体系后，由于分子间的范德华力 、疏水作用、分子间的氢键、分子与分子之间电荷的作 用，目标物质在上、下相中的浓度不同，从而达到分离 的目的。
3.2 pH的影响
pH值对分配的影响源于两个方面的原因： 第一，pH值会影响蛋白质分子所带电荷的性质和数量。
第二，pH值影响磷酸盐的离解程度，从而改变H2PO4-和 HPO42- 之间的比例，进而影响相间电位差。这样蛋白质 的分配因pH值的变化发生变化。pH值的微小变化会使蛋 白质的分配系数改变2～3个数量级。
双水相萃取法的原理与应用
双水相萃取法的原理与应用1. 原理介绍双水相萃取法是一种分离提取化合物的方法，通过利用两种不相溶的溶剂构成两个水相层，达到从一个水相层向另一个水相层进行分配的目的。
双水相萃取法具有选择性强、操作简便、成本低廉等特点，已广泛应用于生物分离纯化、环境污染检测、食品安全等领域。
2. 原理步骤双水相萃取法的基本步骤如下：1.准备两种互不相溶的溶剂，一般常用的是极性和非极性的溶剂，如水和有机溶剂。
确保两种溶剂相分离的界面有尽可能大的接触面积。
2.将待提取物溶解在一个适宜的溶剂中，使其分布均匀。
3.加入两种溶剂，振荡或搅拌使两相充分混合并达到平衡分配。
4.待体系分层后，通过离心或重力沉淀将两相分离。
5.收集有机相或水相中的萃取物，进行进一步的分析或应用。
3. 应用领域双水相萃取法在以下领域有广泛的应用：•生物分离纯化：双水相萃取法可用于分离和纯化生物大分子，如蛋白质、酶等。
通过调节溶剂体系的性质，可以实现对不同生物大分子的选择性分离。
•环境污染检测：双水相萃取法在环境污染物的检测中有重要应用。
通过使用适当的溶剂和调节pH值，可以有效地富集和分离样品中的有机污染物，如农药、重金属等。
•食品安全：双水相萃取法被广泛应用于食品安全领域。
利用双水相萃取法可以快速、高效地提取食品中的有害物质，如农药残留、食品添加剂等，确保食品质量和安全性。
•药物研发：双水相萃取法在药物研发中起着重要作用。
通过双水相萃取法可以从复杂的生物样品中富集和分离药物分子，为药物研发提供重要的前处理步骤。
4. 优缺点双水相萃取法具有以下优点：•选择性强：通过调节溶剂体系的性质，可以实现对不同化合物的选择性分离。
•操作简便：双水相萃取法操作简单方便，不需要复杂的仪器设备。
•成本低廉：双水相萃取法所需的溶剂成本较低，适用于大规模应用。
然而，双水相萃取法也存在一些缺点：•萃取效率较低：双水相萃取法对于某些极性化合物的富集效果较差。
•溶剂耗量大：双水相萃取法需要大量的有机溶剂来保证分离效果。
双水相萃取原理
双水相萃取原理
双水相萃取是一种将有机物从水溶液中分离出来的方法。
它基于水和有机溶剂不相溶的性质，通过两相之间的分配系数差异来实现目标物质的选择性提取。
双水相萃取的原理是利用两种互不相溶的溶剂（一般是水和有机溶剂），在某一条件下将目标物质在两相之间分配。
通常情况下，有机物更易溶于有机相，而无机物更易溶于水相。
具体的操作步骤如下：首先将水溶液和有机溶剂混合，形成两相体系。
然后经过搅拌或震荡，让目标物质在两相之间达到平衡分配。
接下来，待两相分离后将有机相和水相分开。
最后，可以通过蒸发或其他方法将目标物质从有机相中提取出来。
双水相萃取的选择性是基于目标物质在两相之间的分配系数差异。
分配系数是指物质在两相之间分配的比例，由物质的溶解度和两相的互溶性决定。
通常情况下，选择合适的有机溶剂和水相条件可以使目标物质在有机相中富集，而其他杂质则大部分留在水相中。
双水相萃取的优点是操作简单、成本低廉，适用于大量样品的初步分离和富集。
但是也存在一些局限性，例如只适用于水溶液中的有机物质，对目标物质的选择性有一定要求。
总之，双水相萃取是一种利用两相体系中的分配差异来实现目标物质提取的方法。
通过选择合适的有机相和水相条件，可以实现对目标物质的选择性富集，从而达到分离和纯化的目的。
双水相萃取
操作步骤
一、重点 双水相萃取放大容易：一般10ml离心管的实验结果可直接放大到工业规模。具体实验步骤： 1、配制一系列不同浓度、pH及离子强度的双水相，每个双水相改变一个参数。 2、加入料液，再加水使整个系统质量达到5~10g。离心管封口后充分混合。 3、1800－2000g下离心3－5min，使两相完全分离。 4、用吸管或移液管将上相和下相分别吸出，测定上、下相中目标产物的浓度或生物活性，计算分配系数。 5、上、下两相中目标产物的总量应与加入量对比，以检验是否存在沉淀或界面吸附现象，并可确认浓度或活 性测定中产生的系统误差。 6、分析目标产物的收率和纯化倍数，确定最佳双水相系统。 二、特点： 1、含水量高（70%～90%），适宜提取水溶性的蛋白质、酶等生物活性物质，且不易引起蛋白质的变性失活。 2、不存在有机溶剂残留问题。3、易于放大，各种参数可按比例放大而产物收率并不降低。
可形成双水相的双聚合物体系很多，如聚乙二醇（PEG）/葡聚糖（Dx）,聚丙二醇/聚乙二醇，甲基纤维素/ 葡聚糖。双水相萃取中采用的双聚合物系统是PEG/Dx，该双水相的上相富含PEG，下相富含Dx。另外，聚合物与 无机盐的混合溶液也可以形成双水相，例如，PEG/磷酸钾（KPi）、PEG/磷酸铵、PEG/硫酸钠等常用于双水相萃 取。PEG/无机盐系统的上相富含PEG,下相富含无机盐。
原理
某些亲水性高分子聚合物的水溶液超过一定浓度后可以形成两相，并且在两相中水分均占很大比例，即形成 双水相系统（aqueous two-phase system,ATPS）。利用亲水性高分子聚合物的水溶液可形成双水相的性质， Albertsson于20世纪50年代后期开发了双水相萃取法（aqueous two-phase extraction），又称双水相分配法。 20世纪70年代,科学家又发展了双水相萃取在生物分离过程中的应用，为蛋白质特别是胞内蛋白质的分离和纯化 开辟了新的途径。
双水相萃取技术
三、双水相体系的组成
• 当两种高聚物的水溶液相互混合时，若两种 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。两相的组成和密度均不相同，通常 密度较小的一相浮于上方，称为上相（轻相）； 密度较大的一相沉于下方，称为下相（重相）。 一般认为，只要两种聚合物水溶液的水溶性有所 差异，混合时就可以发生相分离，并且差别越大， 相分离倾向就越大。 • 聚乙二醇/葡聚糖和聚乙二醇/无机盐是常用 的双水相体系，由于葡聚糖价格昂贵，因此聚乙 二醇/无机盐体系应用更为广泛。聚乙二醇/无机 盐中所用无机盐主要是磷酸盐和硫酸盐。
参考文献
• [1]郭会灿.双水相萃取技术及其在药物分离中的应 用[J].河北化工.Vol.34,No.8.Aug.201 1. • [2]王志华,马会民,马泉莉. 双水相萃取体系的研究 [J].应用化学.Vol.18,No.3.Mar.2001. • [3]胡松青,李琳,郭祀远.双水相萃取技术研究新进 展[J].现代化工.22.Jun. 2004. • [4]马春宏,朱红,王良.双水相萃取技术的应用研究 进展[J].光谱实验室.Vol.27,No.5September,2010.
3、无机盐的循环
将盐相冷却，结晶，然后用离心机离心 分离回收。其它方法有电渗析法、膜分离 法回收盐类或除去PEG 相的盐。
五、影响双水相萃取技术的因素
• • • • • •
组成双水相系统的高聚物类型 高聚物的平均分子量及浓度 组成双水相系统的盐的种类 离子强度和浓度 被分离的各种物质的种类、性质、分配特性等 操作条件如pH值、温度等
四、双水相萃取技术的工艺流程
双水相萃取技术的工艺过程主要由3 部分构成：目的产物的萃取、PEG 的循 环、无机盐的循环。
双水相萃取技术及应用
《生物资源开发与利用专题》双水相萃取技术及应用152310018 杨云梅双水相萃取（Aqueous two phase extraction，英文缩写ATPE）是利用物质在互不相容的两水相间分配系数的差异来进行萃取的方法。
如：葡聚糖（dextran）与聚乙二醇（PEG)按一定比例与水混合，溶液混浊，静置平衡后,分成互不相溶的两相，上相富含PEG,下相富含葡聚糖。
当两种聚合物或一种聚合物与一种盐溶于同一溶剂时，由于聚合物之间或聚合物与盐之间的不相容性，当聚合物或无机盐浓度达到一定值时，就会分成不互溶的两相。
因使用的溶剂是水，因此称为双水相，在这两相中水分都占很大比例(85％一95％),活性蛋白或细胞在这种环境中不会失活，但可以不同比例分配于两相,这就克服了有机溶剂萃取中蛋白容易失活和强亲水性蛋白难溶于有机溶剂的缺点。
双水相萃取的优点：1、操作条件温和，在常温常压下进行；不会引起生物活性物质的失活或变性。
2、两相的界面张力小，萃取时两相能高度分散,传质速度快。
3、排除了使用有毒、易燃的有机溶剂，能够提供温和的水环境，避免被萃取成分的脱水变性。
4、溶质对目标组分选择性强，大量杂质能与所有固形物一同除去，使分离操作5、过程简化，易于连续操作，处理量大，适合工业应用。
缺点：系统易乳化，成相聚合物的成本较高，水溶性高聚物大多数粘度较大，不易定量控制，高聚物回收困难。
一：双水相萃取技术的发展趋势目前，分离生物物质经常采用的双水相系统主要有2类：非离子型聚合物/ 水系统（最常用的为聚乙二醇/葡聚糖）和非离子型聚合物/无机盐/水系统（常用的如聚乙二醇/盐体系）原因在于此2类双水相系统采用的是无毒性的聚合物，且其多元醇、多元糖结构能够保证生物大分子的稳定性但在实际应用中，2类双水相系统各有弊端，非离子型聚合物/水系统能够保证生物活性物质的活性,且界面吸附少，但所用聚合物材料如葡聚糖成本较大，且体系黏度大，制约大规模的工业生产过程；相对于前者，非离子型聚合物/无机盐/水系统成本低，体系黏度小，但该系统会导致某些敏感生物活性物质失活，此外还会产生大量的高浓度盐废水。
双水相萃取
（2）双水相体系形成的原因：
聚合物的不相溶性（空间位阻）
聚合物的不相溶性：各个聚合物分子，都倾向于在其
周围有形状、大小和极性相同的分子，同时，由于不同
类型分子间的斥力大于同它们的亲水性有关的相互吸引 力，因此聚合物发生分离，形成两个不同的相。
对于某些聚合物溶液与一些无机盐溶液相混时，只要
浓度达到一定范围时，体系形成双水相的机理尚不清楚。
这种影响与蛋白质相对分子质量也存在关系，相对分子质量越
大，影响也随之增大。
（2）高聚物的浓度：
成相物质的总浓度越高，蛋白质越容易分配于其中的某一相；
而对于细胞等颗粒来说，在临界点附近细胞大多分配于其中的
某一相。
（3）盐的种类和浓度：
盐的种类和浓度对分配系数的影响，主要反映在相间电位和
蛋白质的疏水性差异上，这是由于当双水相系统中存在这些
加入盐使目标蛋白质转入富盐相来回收 PEG；B)将 PEG
相通过离子交换树脂，用洗脱剂先洗去 PEG，再洗出蛋 白质。 无机盐的循环：将含无机盐相冷却，结晶，然后用离 心机分离收集。除此之外还可用电渗析法、膜分离法回
收盐类或除去 PEG相的盐。
（3）双水相萃取在药物分离中的应用
①细胞匀浆液中 蛋白质的纯化
液膜萃取
反胶团萃取
内容提纲：
1.双水相体系 2.双水相萃取的基本原理 3.影响双水相分配的主要因素
4.双水相萃取技术的发展
5.双水相萃取操作及应用
1.双水相体系
（1）双水相系统：一定浓度的两种水溶性高聚物或一
种高聚物与盐类在水中能形成两层互不相溶的匀相水溶液， 这样的水相系统称为双水相系统。
5%PEG6000 上层组成：2%Dextran500 93%水 3%PEG6000 下层组成：7%Dextran500 90%水
双水相萃取
成本较高。即使水溶性聚合物和盐可
以回收再用； 选择性较低，分离纯化倍数低，一般 只适用于粗分离；
业应用；
第 4 章
目前的一些应用
1. 提取酶和蛋白质； 2. 进行萃取性生物转化 ； 3. 食品工业中用来从酸水解产物中提取二肽、 氨基酸、核苷酸等物质 ； 4. 萃取细胞、细胞器、膜等粒子；
第 3 章
优点与缺点
双水相萃取法的特点：能够保留产物的活性；整个操作可以连续化；
在除去细胞或细胞碎片时，还可以纯化蛋白质2～5倍，与传统的过滤法和
离心法相比，收率更高；
优点
操作条件温和，在常温常压下进行；
缺点
含较高浓度的水溶性聚合物和盐，会
带到产物中，需要辅助处理方法；
两相的界面张力小，易分散两相的
盐的种类和浓度 2
各相要保持电中性，使得带电物质 在两相移动分配；盐的种类和添加 其他种类的盐有助于提高选择性；
3 体系pH值
pH会影响蛋白质中可以离解基团 的离解度，改变所带电荷和分配系 数；pH也影响磷酸盐的离解程度；
温度 4
温度影响物质的分配系数。但一般 来说，影响很小，1～2度的温度 变化不影响目标产物的萃取分离；
双水相萃取
(Aqueous Two Phase Extraction)
汇报人： 日 期： xxx 2016-4-20
目录
Contents
01 - 双水相萃取技术 02 - 分离原理 03 - 优点与缺点 04 - 目前应用
第 1 章
什么是双水相萃取技术？
双水相体系
两种水溶性聚合物的水溶液；
相图
杠杆规则：系线上各点均为组
双水相萃取的原理及应用[专业内容]
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高等教育
ATPE 的基本原理
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相图:相平衡时物系的组成, 温度与压力的关系
系线反映的信息 杠杆规则：系线上各点均为分成组成相同，而体积不同 的两相。两相体积近似服从杠杆规则
性质差异：系线的长度是衡量两相间相对差别的尺度, 系线越长,两相间的性质差别越大；反之则越小.
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ATPE 的基本原理
22
高等教育
ATPE 的历史：
4
ATPE 的历史：
1956年瑞典lund大学的 Albertsson教授及其同事开始 对双水相系统进行比较系统研 究。测定了许多双水相系统的 相图，为双水相萃取系统的发 展奠定了基础。只局限于实验 室内的测定和理论研究。
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ATPE 的历史：
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ATPE 的历史：
Kula教授研究小组对双水相 的应用、工艺流程、操作参数、 工程设备、成本分析等进行了 大量研究，在应用上获得成功。 1978年首先将双水相萃取技术 用于酶的大规模分离纯化。
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ATPE 的基本原理:
萃取：利用物质在两种互不混溶的溶剂中的分配 差异进行分离的技术。 有机溶剂萃取：以与水互不相溶的有机溶剂作萃 取剂从水相中萃取目的产物，广泛应用于抗生素、 有机酸、维生素等发酵产品生产。用于蛋白质、核 酸、酶等生物大分子的分离很少成功。 反萃取：使用水溶液从有机溶剂中萃取水溶性的 物质。
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ATPE 的历史：
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ATPE 的历史：
双水相萃取可分离多肽、蛋 白质、酶、核酸、病毒、细胞、 细胞器、细胞组织，以及重金 属离子等，近年来，还应用于 一些小分子，如抗生素、氨基 酸和植物的有效成分等的分离 纯化。作为反应系统用于酶反 应，生物转化，发酵的产物生 产与分离的集成。
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以蛋白质的分离为例说 明双水相分离过程的原 则流程: 第三步：向分相后的上 相中加入盐以再一次形 成双水相体系。在这一 步中,要使得蛋白质进入 富盐的下相,以与大量的 PEG分开。蛋白质与盐 及PEG的分离可以用超 滤、层析、离心等技术。
ATPE 的基本原理
双水相萃取的应用
ATPE 的应用
ATPE 的基本原理
ATPE 的基本原理:
反胶团萃取：利用表面 活性剂在有机相中形成的 反胶团（reversed micelles），从而在有机 相内形成分散的亲水微环 境。
ATPE 的基本原理
ATPE 的基本原理:
反胶团萃取：使生物分子在有机相（萃取相） 内存在于反胶团的亲水微环境中，消除了生物 分子，特别是蛋白质类生物活性物质难于溶解 在有机相中或在有机相中发生不可逆变性的现 象。 超临界萃取：
Kula教授研究小组对双水相 的应用、工艺流程、操作参数、 工程设备、成本分析等进行了 大量研究，在应用上获得成功。 1978年首先将双水相萃取技术 用于酶的大规模分离纯化。
ATPE 的历史：
ATPE 的历史：
双水相萃取可分离多肽、蛋 白质、酶、核酸、病毒、细胞、 细胞器、细胞组织，以及重金 属离子等，近年来，还应用于 一些小分子，如抗生素、氨基 酸和植物的有效成分等的分离 纯化。作为反应系统用于酶反 应，生物转化，发酵的产物生 产与分离的集成。
PEG = 聚已二醇(polyethylene glycol) Kpi = 磷酸钾 DX = 葡聚糖(dextran) ATPE 的基本原理
常用的双水相体系:
PEG/Dx体系一般用于小规模地 分离生物大分子、膜、细胞等，
PEG/无机盐体系主要用来大规模地提纯酶，这 是因为PEG/无机盐体系的萃取专一性更高，葡
双水相萃取的原理及应用
Aqueous two-phase extraction
2014210918 康文渊
组员:
刘文荣 王嘉犀 范倩 何亚玲
NF-κB信号通路
内容 Content
1、双水相萃取的历史 2.双水相萃取的基本原理
3.双水相萃取的特点
4.双水相萃取的应用
英英释义
ATPE 的历史：
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，从而产生了双水 相体系(Aqueous two phase system,ATPS)。
聚糖价格昂贵的缘故。
ATPE 的基本原理
各 种 类 型 的 双 水 相 体 系
类
型
形成上相的聚 合物
聚乙二醇
形成下相的聚 合物
葡聚糖 聚乙烯醇 聚乙二醇
非离子型聚合物/ 非离子 型聚合物
聚丙二醇
聚乙烯吡咯烷酮 高分子电解质/非离子型聚 合物 高分子电解质/高分子电解 质 聚合物/ 低分子量化合物 羧甲基纤维素钠 葡聚糖硫酸钠 葡聚糖 聚乙二醇 羧甲基纤维素钠 丙醇 磷酸钾 聚合物/ 无机盐 聚乙二醇 硫酸铵
ATPE 的基本原理
影响双水相萃取的因素 pH 值的影响：改变两相的电位差
如体系pH值与蛋白质的等电点相差越大，
则蛋白质在两相中分配越不均匀。
pH值的变化也会影响磷酸盐的离解程度，导致组
成体系的物质电性发生变化，也会使被分离物质的
电荷发生改变，从而影响分配的进行。
ATPE 的基本Biblioteka 理影响双水相萃取的因素 离子环境对蛋白质在两相体系分配的影响: 在双水相聚合物系统中，加入电解质时，其阴 阳离子在两相间会有不同的分配。 同时，由于电中性的约束, 存在一穿过相界面的 电势差(Donnan电势) ,它是影响荷电大分子，如蛋 白质和核酸等分配的主要因素。
ATPE 的基本原理
双水相的特点 不足之处: 如易乳化、成相聚合物的成本较高、分离效率不高 等,
ATPE 的基本原理
双水相萃取的应用 双水相系统平衡时间短，含水量高，界面张力低， 为生物活性物质提供了温和的分离环境。它还具备 操作简便、经济省时、易于放大。据报道，系统可 从10ml直接放大到1m3规模（105倍）,而各种试验 参数均可按比例放大，产物收率并不降低。
(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（或酶），可直接提取细胞内酶，避免破碎或过滤等 步骤。
ATPE 的特点
双水相的特点
(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)，利于两相之间的质量 传递。
(5)不存在有机溶剂残留问题，高聚物不易挥发， 对人体无害。
ATPE 的基本原理
相图:相平衡时物系的组成, 温度与压力的关系
系线反映的信息 杠杆规则：系线上各点均为分成组成相同，而体积不同 的两相。两相体积近似服从杠杆规则
性质差异：系线的长度是衡量两相间相对差别的尺度, 系线越长,两相间的性质差别越大；反之则越小.
ATPE 的基本原理
影响双水相萃取的因素
Beijerinck （？？-）
ATPE 的历史：
ATPE 的历史：
1956年瑞典lund大学的 Albertsson教授及其同事开始 对双水相系统进行比较系统研 究。测定了许多双水相系统的 相图，为双水相萃取系统的发 展奠定了基础。只局限于实验 室内的测定和理论研究。
ATPE 的历史：
ATPE 的历史：
ATPE 的基本原理
ATPE 的基本原理:
ATPE 的基本原理
常用的双水相体系:
高聚物/高聚物体系：聚乙二醇 (简称PEG) / 葡聚糖(简称 Dextran) 高聚物/无机盐体系：硫酸盐体 系。常见的高聚物/ 无机盐体 系为: PEG/ 硫酸盐或磷酸盐体 系。
ATPE 的基本原理
常用的双水相体系:
双水相萃取的应用 1) 蛋白质、酶的纯化
2) 多肽的分离纯化
ATPE 的基本原理
双水相萃取的应用 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，I-Horng Pan等人利用PEG1500/ NaH2PO4体系从Trichoderma koningii发酵液中分 离纯化β-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。
ATPE 的应用
双水相萃取的应用 5）中草药成分的提取 ( 3 )分别读取上下相体积, 并取样分析上下相中三 七总皂苷的含量。
ATPE 的应用
双水相萃取的应用 5）中草药成分的提取
ATPE 的应用
双水相萃取的应用 5）中草药成分的提取
ATPE 的应用
双水相萃取的应用 5）中草药成分的提取
ATPE 的应用
ATPE 的基本原理
双水相的特点
(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，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。
ATPE 的基本原理
双水相的特点 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。
ATPE 的基本原理
双水相萃取的应用
1、蛋白质、酶的纯化
2、多肽的分离纯化 3、核酸的分离纯化 4、其它分离纯化
ATPE 英英释义 的基本原理
双水相萃取的应用 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。
ATPE 的基本原理
ATPE 的基本原理
相图:相平衡时物系的组成, 温度与压力的关系
ATPE 的基本原理
相图:相平衡时物系的组成, 温度与压力的关系
双节线(bi-nodal)： 图中的曲线。双节线 以下的区域为均相区, 以上的区域为两相区， 即ATPS 。 系线(tie line)： 双节线上连两点的直线。 K点： K点为临界点，表示两 相差别消失。
ATPE 的基本原理
影响双水相萃取的因素
例如，DNA萃取时，离子组分微小的变化可使 DNA从一相几乎完全转移到另一相。
ATPE 的基本原理
离子液体BmimPF6直接萃取DNA
ATPE 的基本原理
基于离子液体BmimPF6的双水相体系直接萃取牛
血清蛋白。
ATPE 的基本原理
双水相的特点
对生物物质、天然产物、抗生素等的提取、纯化方面的优 势： (1)含水量高(70％~90％)，在接近生理环境的体系中进行 萃取，避免生物活性物质失活或变性。
ATPE 的基本原理
影响双水相萃取的因素 聚合物分子量的影响：
对于给定的相系统，如果一种高聚物被低分子量
的同种高聚物所代替，被萃取的大分子物质,如蛋
白质、核酸、细胞粒子等，将有利于在低分子量高
聚物一侧分配。
ATPE 的基本原理
影响双水相萃取的因素 聚合物分子量的影响：
如以Dextran 500(MW 500 000) 代替Dextran 40（MW 40 000）, 即增大下相高聚物的分子量，被 萃取的低分子量物质如细胞色素C 分配系数增加并不显著。然而， 被萃取的大分子量物质，如过氧 化氢酶的分配系数可增大到原来 的6~7倍。
ATPE 的基本原理
ATPE 的基本原理:
以上方法对蛋白质的分离纯化有不同的缺陷。
ATPE 的基本原理
ATPE 的基本原理:
到目前为止，双水相技术几乎在所有的生物物质 如: 氨基酸、多肽、核酸、细胞器、细胞膜、各类细胞、
病毒等的分离纯化中得到应用,
特别是成功地应用在蛋白质的大规模分离中。