第八章---反胶束萃取

第二节 反胶团的形成
但即使当W值很大时，水池内水 的理化性质也不能与正常的水完全 相同，特别是在接近表面活性剂亲 水头的区域内。 见图8-3。
第二节 反胶团的形成
当蛋白质分子与反胶团直径相比大 得多时(例如，当相对分子质量超过 100－200kD)，难于溶解到反胶团中。 当反胶团的含水率W较低时，反胶 团水池内水的理化性质与正常水相 差悬殊。
中，用得最多的是阴离子表面活 性 剂 AOT(AerosolOT) ， 其 化 学 名为丁二酸－2－乙基己基磺酸 钠，结构式见图。
第二节 反胶团的形成
第二节 反胶团的形成
这种表面活性剂容易获得，其特 点是具有双链，极性基团较小、形 成反胶束时不需加助表面活性剂， 并且所形成的反胶束较大，半径为 170nm，有利于大分子蛋白质进入。
第二节 反胶团的形成
二、表面活性剂 表面活性剂的存在是构成反胶团的
必要条件。 1、表面活性剂的组成
表面活性剂是由亲水憎油的极 性基团和亲油憎水的非极性基团两 部分组成的两性分子。
第二节 反胶团的形成
2、表面活性剂的种类 （1）阴离子表面活性剂； （2）阳离子表面活性剂； （3）非离子型表面活性剂。
第二节 反胶团的形成
与在水相中不同的是，非极 性溶剂内形成的表面活性剂聚集 体，其疏水性的非极性尾部向外， 指向非极性溶剂，而极性头向内， 与在水相中形成的微胶团方向相 反，因而称之为反胶团或反向胶 团
第二节 反胶团的形成
图 8-1 是 几 种 可 能 的 表 面 活 性 剂 聚 集体的微观构造。在反胶团中有一 个极性核心，。它包括由表面活性 剂极性端组成的内表面、平衡离子 和水。此极性核具有溶解极性物质 的能力，极性核溶解水后，就形成 了“水池”(water pool) 。
第二节 反胶团的形成
如表面活性剂是AOT，则：
W是个非常重要的参数，W越大，反 胶团的半径越大。“水池”越大， “水 池”大小与溶剂和表面活性剂的种类与 浓度、温度、离子强度等因素有关，一 般为5－20nm，其内水池的直径d用下M
d= αsurfNρ
W
含水率（water content）;
第二节 反胶团的形成
有机溶剂相中的反胶团一般 比水相中微胶团的空间尺寸小得 多，通常为球形，有些情况下也 可能成为椭球形或棒形。
第二节 反胶团的形成
(1)反胶团的临界胶团浓度 将表面活性剂在非极性有机溶剂
相中能形成反胶团的最小浓度称为 临界胶团浓度(Critical Micelle Concentration，有时简称CMC)，
它们都可用于形成反胶束。
第二节 反胶团的形成
3、常见表面活性剂
AOT、CTAB(溴代十六烷基三甲 铵)、TOMAC(氯化三辛基甲铵)、 PTEA(磷脂酰乙醇胺)，其中以AOT 最为常用。
而常用于反胶团萃取系统的非极性 有机溶剂有环己烷、庚烷、辛烷、异 辛烷、己醇、硅油等。
第二节 反胶团的形成
（1）阴离子型 在反胶束萃取蛋白质的研究
第二节 反胶团的形成
（2）阳离子型 ①CTAB(cetyl-methyl-
ammonium bromide)溴化十六烷 基三甲胺/十六烷基三甲基胺溴
第二节 反胶团的形成
②DDAB(didodecyldimethyl ammonium bromide)溴化十二烷 基二甲铵
第二节 反胶 团的形成
③TOMAC (triomethy lammoniu m chloride) 氯化三辛 基甲铵
另外，因有机相内反胶团中微水相 体积最多仅占有机相的几个百分点， 所以它同时也是一个浓缩操作。如 后所述，只要直接添加盐类，就可 能从已和主体水相分开的有机相中 分离出含有目的物的浓稠水溶液， 操作上非常简单。
第三节 生理活性物质的分离浓缩
1、 三元相图及萃取蛋白质 对一个由水、表面活性剂和非极
性有机溶剂构成的三元系统，存在 有多种共存相，可用三元相图表示， 图是水－AOT－异辛烷系统的相图 示例。
第三节 生理活性物质的分离浓缩
2、 蛋白质溶入反胶束溶液的推动力 与分配特性
（1）推动力 蛋白质溶入反胶束溶液的推动力
主要包括表面活性剂与蛋白质的静 电作用力和位阻效应。
第三节 生理活性物质的分离浓缩
①静电作用力： 在反胶束萃取体系中，表面活性
剂与蛋白质都是带电的分子，因此 静电相互作用肯定是萃取过程中的 一种推动力。
第二节 反胶团的形成
第二节 反胶团的形成
2．反胶团的制备 制备反胶团系统一般有以下三种方法： (1)注入法
将含有蛋白质的水溶液直接注入到含 有表面活性剂的非极性有机溶剂中去，然 后进行搅拌直到形成透明的溶液为止。这 种方法的过程较快并可较好地控制反胶团 的平均直径和含水量。
第二节 反胶团的形成
第八章 反胶束萃取
二是萃取剂问题，蛋白质分子表面带 有许多电荷，普通的离子缔合型萃 取剂很难奏效。因此研究和开发易 于工业化的、高效的生化物质分离 方法己成为当务之急。
反胶束萃取法就是在这一背景下发 展起来的一种新型分离技术。
第一节 概 述
一、反胶团(Reversed Micelles) 两性表面活性剂在非极性有机溶
相-水相间的分配萃取，和普通的液 液萃取在操作上具有相同特征。微 观上，如图8-4所示，是从主体水相 向溶解于有机溶剂相中纳米级的、 均一且稳定的、分散的反胶团微水 相中的分配萃取。
第三节 生理活性物质的分离浓缩
第三节 生理活性物质的分离浓缩
其特点是萃取进入有机相的生物 大分子被表面活性分子所屏蔽，从 而避免了与有机溶剂相直接接触而 引起的变性、失活。
第三节 生理活性物质的分离浓缩
pH、离子强度、表面活性剂浓度 等(如表8-1所示)因素会对反胶团萃 取产生影响。通过对它们的调整， 对分离场(反胶团)-待分离物质(生物 大分子等)的相互作用加以控制，能 实现对目的物质高选择性的萃取和 反萃取。
第三节 生理活性物质的分离浓缩
第三节 生理活性物质的分离浓缩
(5)反胶团萃取技术的成本低， 溶剂可反复使用等。
第二节 反胶团的形成
一、反胶团的构造 1、胶团的形成
向水溶液中加入表面活性剂， 当表面活性剂的浓度超过一定的 数值时，表面活性剂就会在水相 中形成胶体或微胶团，它是表面 活性剂的聚集体。
第二节 反胶团的形成
将表面活性剂溶于水中，当其浓 度超过临界胶束浓度(CMC)时，表 面活性剂就会在水溶液中聚集在一 起而形成聚集体，在通常情况下， 这种聚集体是水溶液中的胶束，称 为正常胶束(normal micelle)。
第二节 反胶团的形成
将阳离子表面活性剂如CTAB 溶于有机溶剂形成反胶束时，与 AOT不同，还需加入一定量的助 溶剂(助表面活性剂)。这是因为它 们在结构上的差异造成的。
第二节 反胶团的形成
二、反胶团的物理化学特性及制备 1．反胶团的物理化学特性
反胶团的大小与很多因素有关，如 表面活性剂和非极性有机溶剂的种类、 浓度；操作时体系的温度、压力；微 小水池中的离子强度等等。
第二节 反胶团的形成
反胶团不能理解为一成不变的刚 性球，它的生成或解体、缔合数增 大或减小以及各反胶团之间的相互 作用速度很快，即反胶团的构成分 子间能发生重组现象，其过渡时间 很短，最大也仅为10-5 s。
第二节 反胶团的形成
(2)反胶团含水率W 反胶团的大小以及反胶团内微水相 的物理化学性质因反胶团含水率W 的不同而差别很大。W用水 和表面 活性剂的浓度之比来定义，即：
第一节 概 述
三、优点 (1)有很高的萃取率和反萃取率并
具有选择性； (2) 分 离 、 浓 缩 可 同 时 进 行 ， 过 程
简便； (3)能解决蛋白质(如胞内酶)在非细
胞环境中迅速失活的问题；
第一节 概 述
(4)由于构成反胶团的表面活 性剂往往具有细胞破壁功效，因 而可直接从完整细胞中提取具有 活性的蛋白质和酶；
第二节 反胶团的形成
这个“水池”具有极性，可以 溶解具有极性的分子和亲水性的 生物大分子，而极性分子和/或 亲水性的生物大分子也因此可 “溶解”在非极性的有机溶剂中。
第二节 反胶团的形成
如蛋白质及其他亲水物质能够通过螯 合作用进入此“水池”。由于周围水层 和极性基团的保护，保持了蛋白质的天 然构型，不会造成失活。
第二节 反胶团的形成
这是体系特性，与表面活性剂的化 学结构、溶剂、温度和压力等因素 有关。
在有机溶剂中反胶团的表面活 性剂分子缔合数，与水溶液系统相 比要小，而且疏水性的碳链越长缔 合数越小。
第二节 反胶团的形成
CMC的数值可通过测定各种物理 性质的突变(如表面张力、渗透压等) 来确定。由于实验方法不同，所得的 CMC值往往难于完全一致，但是突 变点总是落在一个很窄的浓度范围内， 故用CMC范围来表示更为方便。
剂中亲水性基团自发地向内聚集而成 的，内含微小水滴的，空间尺度仅为 纳米级的集合型胶体。是一种自我组 织和排列而成的，并具热力学稳定的 有序构造。
第一节 概 述
二、反胶团的特异性功能： (1)具有分子识别并允许选择性透
过的半透膜的功能； (2) 在 疏 水 性 环 境 中 具 有 使 亲 水
性大分子如蛋白质等保持活性的功 能。
(2)相转移法 将酶或蛋白质从主体水相转移到
含表面活性剂的非极性有机溶剂中 形成反胶团—蛋白质溶液。
第二节 反胶团的形成
即将含蛋白质的水相与含表面活性 剂的有机相接触，在缓慢的搅拌下， 一部分蛋白质转入(萃入)有机相。此过 程较慢，但最终的体系处于稳定的热 力学平衡状态，这种方法可在有机溶 剂相中获得较高的蛋白质浓度。
这共存的两相组成，用系线(图中 虚线)相连。这一体系的物理化学性 质非常适合于萃取操作，因为界面 张力在0.1－2mN/m范围内，密度差 为10％-20％，反胶束溶液粘度适中， 大约为1mPa·s这一数量级。