第十章双水相萃取PPT课件
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《双水相萃取技术》课件
影响因素
03
双水相萃取技术的实验操作
实验准备
01
02
03
实验材料
准备双水相萃取所需的试 剂和材料，如蛋白质溶液 、双水相体系、离心管等 。
实验设备
确保实验所需的设备齐全 ，如离心机、天平、量筒 等。
安全措施
确保实验环境安全，穿戴 适当的实验服和护目镜， 避免试剂溅出。
实验步骤
加入蛋白质溶液
将待分离的蛋白质溶液加入离 心管中。
应用范围广泛
该技术在生物、医药、环保等领域有 广泛应用，可用于蛋白质、酶、细胞 等的分离和纯化。
操作简便高效
双水相萃取技术操作简单，分离速度 快，可实现大规模生产。
环境友好
该技术使用无毒或低毒性的物质，对 环境友好，符合绿色化学的发展趋势 。
技术展望
深入研究机理
进一步深入研究双水相萃取技术的机理，提高分 离效率和选择性。
蛋白质回收率测定
测定蛋白质的回收率，评估双水相萃取技术的效 果。
3
数据分析
对实验数据进行统计分析，了解双水相萃取技术 的分离效果和影响因素。
04
双水相萃取技术的优缺点
技术优势
高分离效率
双水相萃取技术能够实现高效率的分离过程，对于一些难以分离 的物质，如蛋白质、酶等，能够实现快速、准确的分离。
低成本
收集上清液
将上清液收集到适当的容器中 ，以便后续分析。
配制双水相体系
按照所需的浓度配制双水相体 系，确保比例准确。
离心分离
将离心管放入离心机中，设定 适当的转速和时间进行离心分 离。
清洗沉淀
清洗离心管中的沉淀，确保蛋 白质的纯度和回收率。
实验结果分析
1 2
03
双水相萃取技术的实验操作
实验准备
01
02
03
实验材料
准备双水相萃取所需的试 剂和材料，如蛋白质溶液 、双水相体系、离心管等 。
实验设备
确保实验所需的设备齐全 ，如离心机、天平、量筒 等。
安全措施
确保实验环境安全，穿戴 适当的实验服和护目镜， 避免试剂溅出。
实验步骤
加入蛋白质溶液
将待分离的蛋白质溶液加入离 心管中。
应用范围广泛
该技术在生物、医药、环保等领域有 广泛应用，可用于蛋白质、酶、细胞 等的分离和纯化。
操作简便高效
双水相萃取技术操作简单，分离速度 快，可实现大规模生产。
环境友好
该技术使用无毒或低毒性的物质，对 环境友好，符合绿色化学的发展趋势 。
技术展望
深入研究机理
进一步深入研究双水相萃取技术的机理，提高分 离效率和选择性。
蛋白质回收率测定
测定蛋白质的回收率，评估双水相萃取技术的效 果。
3
数据分析
对实验数据进行统计分析，了解双水相萃取技术 的分离效果和影响因素。
04
双水相萃取技术的优缺点
技术优势
高分离效率
双水相萃取技术能够实现高效率的分离过程，对于一些难以分离 的物质，如蛋白质、酶等，能够实现快速、准确的分离。
低成本
收集上清液
将上清液收集到适当的容器中 ，以便后续分析。
配制双水相体系
按照所需的浓度配制双水相体 系，确保比例准确。
离心分离
将离心管放入离心机中，设定 适当的转速和时间进行离心分 离。
清洗沉淀
清洗离心管中的沉淀，确保蛋 白质的纯度和回收率。
实验结果分析
1 2
双水相萃取ppt
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。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 • InK = InKm+InKe+In Kh+InKb+InKs+InKc 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。
双水相萃取技术
及其在生物医药上的应用ห้องสมุดไป่ตู้
双水相萃取技术
• • • • 双水相体系的概念与形成 双水相萃取原理 双水相萃取的技术特征 双水相萃取的工艺流程
双水相体系的概念与形成
• 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。
双水相萃取原则流程
连续双水相萃取
双水相萃取技术在生物医药上的应用
1.基因工程药物的分离与提取 2.酶工程药物的分离与提取 3.抗生素的分离与提取
4.天然植物药用有效成分的分离与提取
基因工程药物的分离与提取
目的的产物在转化液中的浓度很低 ,且对温度、 酸、碱和有机溶剂较敏感 ,容易失活和变性 ,若 以常规分离手段处理 ,产品的收率较低且纯度不 高 ,而双水相萃取技术可以保证产物在温和的条 件下得以分离和纯化。其中有代表性的工作是用 PEG4000/ 磷酸盐从重组大肠杆菌(E. Coli) 碎 片中提取人生长激素(hGH) ,采用三级错流连续 萃取 ,处理是为 15L/ h ,收率达 80 %。同样 , 用 PEG8000/ Na2SO4双水相系统从重组大肠杆菌 中分离 IGF - I,收率 90 %。
生物分工程双水相萃取 66页PPT文档
(3) 回收率高 提纯倍数可达2-20倍, 如体系选择适当,回 收率可达80%-90%以上,且分离速度快。
三、双水相体系的应用
应用：在生物化学、细胞生 物学、生物化工等有机物分 离提纯方面得到了较为广泛 的应用，如：分离提纯蛋白 质、生物酶、菌体、细胞、 氨基酸、抗生素以及亲水性 生物大分子等。
KS
Y2,3-BD(% ) Yacetoin(% ) Rglucose(% ) Rcells(% ) R protein(% )
1 9.88 10.19 0.031 318.7 93.0
93.5
94.9
99.6
85.5
2 9.65 10.06 0.030 321.7 93.0
93.5
94.8
99.5
28.3和98.1% 乙醇/碳酸钠体系 发酵液中2,3-丁二醇的分配系数和回收率分别可达
15.1和94.3% 异丙醇/硫酸铵体系 发酵液中2,3-丁二醇的分配系数和回收率分别可达
8.3和91.4%
乙醇/硫酸铵APTE放大实验
表2.3 体系放大过程中2,3-丁二醇分配的变化
分配系数(K)
4）外加电场的影响
当在两相分界的垂直方面上加上电场时由于 电位差增加而使分配系数发生改变 如用PEG8000 /DextranＴ 500体系分离肌红蛋白,在外加48.1 Ｖ/cm的电场强度40 min后,分配系数Ｋ从0.81变 为38.7,上相回收率从44.7%增高到98.0% 。
5) 温度的影响
ln m H(H F F H S )F F S Z
RT
影响分配平衡的因素
1）成相聚合物
成相聚合物的相对分子量降低、浓度升高 有利于增大溶质的分配系数。
三、双水相体系的应用
应用：在生物化学、细胞生 物学、生物化工等有机物分 离提纯方面得到了较为广泛 的应用，如：分离提纯蛋白 质、生物酶、菌体、细胞、 氨基酸、抗生素以及亲水性 生物大分子等。
KS
Y2,3-BD(% ) Yacetoin(% ) Rglucose(% ) Rcells(% ) R protein(% )
1 9.88 10.19 0.031 318.7 93.0
93.5
94.9
99.6
85.5
2 9.65 10.06 0.030 321.7 93.0
93.5
94.8
99.5
28.3和98.1% 乙醇/碳酸钠体系 发酵液中2,3-丁二醇的分配系数和回收率分别可达
15.1和94.3% 异丙醇/硫酸铵体系 发酵液中2,3-丁二醇的分配系数和回收率分别可达
8.3和91.4%
乙醇/硫酸铵APTE放大实验
表2.3 体系放大过程中2,3-丁二醇分配的变化
分配系数(K)
4）外加电场的影响
当在两相分界的垂直方面上加上电场时由于 电位差增加而使分配系数发生改变 如用PEG8000 /DextranＴ 500体系分离肌红蛋白,在外加48.1 Ｖ/cm的电场强度40 min后,分配系数Ｋ从0.81变 为38.7,上相回收率从44.7%增高到98.0% 。
5) 温度的影响
ln m H(H F F H S )F F S Z
RT
影响分配平衡的因素
1）成相聚合物
成相聚合物的相对分子量降低、浓度升高 有利于增大溶质的分配系数。
南农 生物分离工程 双水相萃取课件
双水相萃取的原理
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 生物亲和作用 分配系数是各种相互作用的和:
lnm=lnme+lnmh+lnml
me，mh，ml
分别为静电作用、疏水作用和生物亲 和作用对溶质分配系数的贡献。
1．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， BrΦnsted方程推导下述分配系数表达式：
2.2％的葡聚糖水溶液与等体积的0.72％甲基纤维素 钠的水溶液相混合并静置后，可得到两个粘稠的液 层。
葡聚糖与甲基纤维素钠的双水相体系
双水相的形成
聚合物的不相溶性(incompatibility)： 当两种高分子聚合物之间存在相互排斥 作用时，当达到平衡时，即形成分别富 含不同聚合物的两相。 除双聚合物系统外，聚合物与无机盐的 混合溶液也可形成双水相，
双水相的形成
PEG = 聚乙二醇(polyethylene glycol)
Kpi = 磷酸钾
DX = 葡聚糖(dextran)
Phase 1: 4% polyethylene glycol in water Phase 2 : 4% dextran in water
Dr = 0.2 g / cc s = 1.2 dyne / cm PEG Dextran
1 双水相中聚合物及其分子量的影响 降低聚合物的分子量，则蛋白质易分配于富含 该聚合物的相中 聚合物的疏水性按下列次序递增:
葡萄糖硫酸盐< 甲基葡萄糖< 葡萄糖<羟丙基葡聚糖 < 甲基纤维素< 聚乙烯醇<聚乙二醇< 聚丙三醇
同一聚合物的疏水性随分子量增加而增加
酶双水相萃取.pptx
形
互不相容的两相，两种聚合物分别溶于两
成
相中，即构成双水相系统。这主要是由于 聚合物分子的空间位阻作用，相互间无法
过
渗透，而且有强烈的相分离倾向，在一定
程
条件下即可分为两相。一般认为，聚合物
水溶液的疏水性差异是产生相分离的主要
推动力，且蔬水性差异越大，相分离倾向
也越大。
第3页/共21页
1.2、双水相系统中作用力的表现
substrate第15页/共21页
product
Enzymetic reaction with ATPS
enzyme enzyme
第16页/共21页
enzyme
5.1、蛋白质双水相萃取的优点
两相含水量均很
高，与蛋白质有
可用于蛋白质的
很好的相容性， 且不易使蛋白质
1
精制，经过几次
4 连续的双水相萃
作用力 为斥力
形成双水相系统
双水相
作用力 形成两相，一相为两 为引力 高聚物，一相为水相 均一相
作用力无 强烈引力
完全互溶，形成均一相
和斥力
两相
第4页/共21页
1.3、几种常见的双水相体系
类型
非离子型聚合物/ 非离子 型聚合物
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
失活。
取，得到更高纯
度的蛋白质。
所需设备简 单，且处理 容量大，利 于大规模生 产。
2
3
分离纯化后
的蛋白质产
物纯度很高，
有很大使用
价值。
第17页/共21页
5.2、蛋白质双水相萃取的缺点
系统中水的含量 高，分离后的蛋 白质液浓度低， 需要浓缩以提高 产物的浓度。
双水相萃取(精选双水相萃取PPT,超级有用)概论
双水相萃取原理示意图
基本原理
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。
溶质(包括蛋白质等大分子物质、稀有金属以 及贵金属的络合物、中草药成分等)在双水相体系 中服从Nernst分配定律:
[3]Kula M R, Krone K H, Hustedt H. Advances in biochemical Engineering, edited by Fiechte A, Berlin, Heideberg, New York 1982,24:73~118 [4] Hustedt H, Krone K H, Menge U, et al. Protein recovery using aqueous twophasw system[J]. Trends in Biotechnol, 1985,31(6):139
在水溶液中，聚合物的长链分子通过氢键同周 围的水分子发生强烈地相互作用，每一个氧原子 结合两个水分子，使溶液中的PEG分子被一层高 度有序的水合作用层所包围。葡聚糖虽无与PEG 类似的结构，但同样，分子中的羟基通过氢键作 用在分子周围形成水分子层。
基本原理
某些水溶性聚合物溶液与某些盐溶液混合， 两者浓度达到一定值时，也会分为两相，形 成聚合物-盐双水相系统。机理不清楚。一 种解释为‘盐析’作用。
[12] Silva L H M dMeirelles A J .Protein Partitioning[J].J.Chem.Eng.Data,2001,46(2):251-255. [13] Salabat A,Abnosi M H,Motahari A.Investigation of Amino Acid Partitioning in Aqueous TwoPhase Systems Containing Polyethylene Glycol and Inorganic Salts[J].J.Chem.Eng.Data,2008,53(9):2018—2021.
双水相萃取ppt
4.2、蛋白质双水相萃取与酶促反应
Enzymetic reaction
enzyme
enzyme
enzyme
enzyme
enzyme
substrate
product
双水相萃取技术的发展趋势
解决易乳化、相分 离时间长、成相聚 合物的成本较高、 水溶性高聚物粘度 较大且不易定量控 制等问题
1
4
与其它技术结合 的多元化利用
3.1、 蛋白质双水相萃取体系常用聚合物
聚乙二醇 -葡聚糖
聚乙二醇 -磷酸盐
无毒原则
3.2、影响蛋白质分配系数的因素
两相的 两相溶 组成
液的比 例
聚合物的分子 质量、浓度、 极性及离子的 种类、浓度、 电荷等
温度、 蛋白质的 pH值 分子质量、等 电荷、极 性
在很大的浓度范围内，被 分离蛋白质的分配系数与 浓度无关，而与被分离蛋 白质的性质及选定的双水 相系统的性质有关
3 ）无机盐的循环
一种方法是将含磷酸钠的盐相冷却到6 ℃， 使盐结晶析出，然后用离心机分离收集；另一 种 是用电 渗析法 、膜分 离法回 收盐类 或除 去 PEG 相的盐。双水相萃取所用的设备一般都是 其他两相体系如水-有机溶剂体系所通用的设备， 商业化的混合器-沉淀器系统以及离心分离机已 成功应用于双水相萃取。用磁性分离等新技术 也可提高两相分离。尽管刚开始应用时，大多 数双水相萃取是间歇式的，但此技术更适合于 错流萃取的连续生产，这样可有效利用空间和 时间，尤其是在与其他分离技术如凝胶过滤、 膜分离等相结合使用时。
LOGO
双水相萃取技术的应用概 况及进展
姓名：白玮丽 学号：s1210002 专业：生物化工
Contents
生物工艺下游技术双水相萃取课件PPT
利用上式可确定不同ATPS的HF值.如 在pH = pI的ATPS中, pro的m0与HF值之 间呈线性关系, 则直线的斜率定义为该蛋 白质的HFS
图为蛋白质的m0与HF的实测关系图。 图的结果示：pro的HFS随NaCl浓度的增 大而增大。将盐对pro的HF影响上式得：
其中HFSsalt为盐增加而引起的HFS值增量。 因此，m的一般形式
系线： HF可通过测定疏水性已知的aa在其pI处的maa测算:
双节线上两点的直线。
双节线 均相区
临界点
两相区 系线
系线反映的信息
A 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
两水相萃取
杠杆定律 图中W0与NaCl浓度关系为:
这种现象在处理含细胞和固体微粒的料液时尤为严重,细胞或固体微粒容易集中在界面上,给萃取操作带来因难,但对于可溶性蛋白质.
RH-aa相对疏水性 是通过测定aa在水和已醇中溶解度的差别 确定的,并设疏水性最小的Gly的RH=0.所 以,上式中的B为:
mGAly 为TPGSl中y 分的配分系配系数数. 与所其以R, Hp值H=呈p线L 时性a关a系在, 直线的斜率就是该双水相系统的HF值.图 为测定实例.
Pro表面疏水性(HFS,
因此基因工程产品的商业化迫切需要开发适合大规模 生产的、经济简便的、快速高效的分离纯化技术。
其中双水相萃取技术又称水溶液两相分配技术是近年来 出现的引人注目、极有前途的新型分离技术。
双水相萃取法的特点是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去除细胞碎片相比，无论在收率 上还是成本上都要优越得多。
19.4 影响蛋白质m的综合因素
图为蛋白质的m0与HF的实测关系图。 图的结果示：pro的HFS随NaCl浓度的增 大而增大。将盐对pro的HF影响上式得：
其中HFSsalt为盐增加而引起的HFS值增量。 因此，m的一般形式
系线： HF可通过测定疏水性已知的aa在其pI处的maa测算:
双节线上两点的直线。
双节线 均相区
临界点
两相区 系线
系线反映的信息
A 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
两水相萃取
杠杆定律 图中W0与NaCl浓度关系为:
这种现象在处理含细胞和固体微粒的料液时尤为严重,细胞或固体微粒容易集中在界面上,给萃取操作带来因难,但对于可溶性蛋白质.
RH-aa相对疏水性 是通过测定aa在水和已醇中溶解度的差别 确定的,并设疏水性最小的Gly的RH=0.所 以,上式中的B为:
mGAly 为TPGSl中y 分的配分系配系数数. 与所其以R, Hp值H=呈p线L 时性a关a系在, 直线的斜率就是该双水相系统的HF值.图 为测定实例.
Pro表面疏水性(HFS,
因此基因工程产品的商业化迫切需要开发适合大规模 生产的、经济简便的、快速高效的分离纯化技术。
其中双水相萃取技术又称水溶液两相分配技术是近年来 出现的引人注目、极有前途的新型分离技术。
双水相萃取法的特点是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去除细胞碎片相比，无论在收率 上还是成本上都要优越得多。
19.4 影响蛋白质m的综合因素
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第十章 双水相萃取
双水相萃取（aqueous two-phase extraction）是利用物质 在互不相溶的两水相间分配系数的差异来实现分离的一 新型分离技术。
它具有收率高、成本低、可连续化操作等技术优势，已被 广泛应用于生物化学、细胞生物学和生物化工等领域， 进行生物转化，蛋白质、核酸等产品的分离纯化。
系总组成位于双节点曲线上方的区域，体系就会形成两相。上相富集了
高聚物Q，下相富集了高聚物P。用A点代表体系总组成，B点和C点分别 代表互相平衡的上相和下相组成，称为节点。A、B、C三点在一条直线
上，称为系线。
.
12
a 系线 两相区
双节线 均相区
b
两相区 系线
双节线 均相区
临界点
图a和b分别为PEG/Dx和PE. G/KPi系统的典型相图
.
14
10.3双水相中的分配系数及影响分配的因素
与溶剂萃取相同，溶质在双水相中的分配系数也用
k=c1/c2表示。为简便起见，用c1 和c2分别表示平衡状态下上
相和下相中溶质的总浓度。
溶质在双水相中的分配受表面自由能、表面电荷、疏水作用
及生物亲和作用等因素的影响，其中表面自由能、表面电荷
对分配行为的影响最为重要，因而对这两方面的理论研究也
• 氢键 • 电荷力 • 疏水作用 • 范德华力 • 构象效应
.
8
10.2双水相的形成及制备
聚合物的不相溶性(incompatibility)： 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，即形成分别富含不同聚合物的 两相。 这种含有聚合物分子的溶液发生分相的现象称为聚合物的不 相容性。
.
物质Q的名称
聚乙二醇 聚乙烯醇
葡萄糖（Dex） 羟丙基葡萄糖
聚乙烯醇 葡萄糖 (Dex) 聚乙烯吡咯烷酮
聚丙二醇、聚乙二醇 甲基纤维素
羧甲基纤维素钠盐
磷酸钾、硫酸铵、硫酸钠 硫酸镁、酒石酸钾钠
11
图中把均相区与两相区分开的曲线，称为双节点曲线。如果体系总组成
位于双节点曲线下方的区域，两高聚物均匀溶于水中而不分相。如果体
• 是否分层或混合成一相，取决于：
▪ 熵增——与分子数目有关 ▪ 分子间作用力——与分子大小有关
▪ 可以构成双水相的体系有：
• 离子型高聚物－非离子型高聚物（分子间斥力） ▪ PEG－DEXTRAN
• 高聚物－相对低分子量化合物（盐析作用）
▪ PEG－硫酸铵
.
7
双水相萃取的原理
▪ 依据悬浮粒子与其周围物质具有的复杂的相 互作用：
.
1
用此方法提纯的酶已达数十种，其分离也达到 了相当规模。
近年来又进行了双水相萃取氨基酸类和病毒小
分子物质的研究，大大扩展了应用范畴并提
高了选择性，使双水相萃取技术具有更大的
潜力和美好的发展前景。
.
2
▪ 双水相现象是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。
▪ 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。
.
10
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
聚乙二醇（PEG）
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
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
比较深入。
溶质分配的理论研究对双水相萃取起到指导作用，使萃取过
程可通过控制相关的影响因素而得到优化。
.
15
影响物质在双水相系统中分配的因素主要有:
双水相系统的聚合物组成(包括聚合物类型、平均分子量);
盐类(包括离子的类型和浓度、离子强度、pH值);
溶质的物理化学性质(包括分子量、等电点);
体系的温度等;
.
16
▪ 这些参数并不是独立地起作用。要预测溶质在双水 相系统间的分配系数是困难的。
双水相萃取法和传统的分离方法(如盐析或有机溶剂沉淀等)相比 也有很大的优势，处理量相同时，双水相萃取法比传统的分离方 法,设备需用量要少3～10倍，因此已被广泛地应用在生物化学、 细胞生物学和生物化工领域，进行生物转化、蛋白质、核酸和病 毒等产品的分离纯化和分析等。
用ห้องสมุดไป่ตู้法来提纯的酶已达数十种，其分离过程也达到相当规模，
.
9
▪ 可形成双水相的双聚合物体系很多，如聚乙二醇 (polyethylene glycol, PEG)/葡聚糖(dextran，Dx)，聚丙二 醇(polypropylene glycol) / 聚乙二醇和甲基纤维素 (methylcellulose)/葡聚糖等。
▪ 双水相萃取中常采用的双聚合物系统为PEG/Dx，该双水相 的上相富含PEG，下相富含Dx。除双聚合物系统外，聚合 物与无机盐的混合溶液也可形成双水相。
13
在系线上各点处系统的总浓度不同，但均分成组成相同而 体积不同的两相。两相的体积近似服从杠杆规则，即
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。当系线长度趋向于零时，
即在图b的双节线上K点，两相差别消失，任何溶质在两相中
的分配系数均为1，因此K点称为临界点(critical point)。
.
3
▪ 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。
.
4
双水相萃取法的特点是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去除细胞碎片相比，无论在收率上还是 成本上都要优越得多。
.
5
双水相萃取的优点
▪ 操作条件温和，在常温常压下进行；
▪ 两相的界面张力小，一般在10-4N／cm量级，两相 易分散，
▪ 两相的相比随操作条件而变化；
▪ 上下两相密度差小，一般在10 g/L。因此两相分离 较困难，目前这方面研究较多
▪ 易于连续操作，处理量大，适合工业应用。
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▪ 双水相萃取是利用物质在不相溶的，两水相间分 配系数的差异进行萃取的方法
双水相萃取（aqueous two-phase extraction）是利用物质 在互不相溶的两水相间分配系数的差异来实现分离的一 新型分离技术。
它具有收率高、成本低、可连续化操作等技术优势，已被 广泛应用于生物化学、细胞生物学和生物化工等领域， 进行生物转化，蛋白质、核酸等产品的分离纯化。
系总组成位于双节点曲线上方的区域，体系就会形成两相。上相富集了
高聚物Q，下相富集了高聚物P。用A点代表体系总组成，B点和C点分别 代表互相平衡的上相和下相组成，称为节点。A、B、C三点在一条直线
上，称为系线。
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a 系线 两相区
双节线 均相区
b
两相区 系线
双节线 均相区
临界点
图a和b分别为PEG/Dx和PE. G/KPi系统的典型相图
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10.3双水相中的分配系数及影响分配的因素
与溶剂萃取相同，溶质在双水相中的分配系数也用
k=c1/c2表示。为简便起见，用c1 和c2分别表示平衡状态下上
相和下相中溶质的总浓度。
溶质在双水相中的分配受表面自由能、表面电荷、疏水作用
及生物亲和作用等因素的影响，其中表面自由能、表面电荷
对分配行为的影响最为重要，因而对这两方面的理论研究也
• 氢键 • 电荷力 • 疏水作用 • 范德华力 • 构象效应
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10.2双水相的形成及制备
聚合物的不相溶性(incompatibility)： 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，即形成分别富含不同聚合物的 两相。 这种含有聚合物分子的溶液发生分相的现象称为聚合物的不 相容性。
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物质Q的名称
聚乙二醇 聚乙烯醇
葡萄糖（Dex） 羟丙基葡萄糖
聚乙烯醇 葡萄糖 (Dex) 聚乙烯吡咯烷酮
聚丙二醇、聚乙二醇 甲基纤维素
羧甲基纤维素钠盐
磷酸钾、硫酸铵、硫酸钠 硫酸镁、酒石酸钾钠
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图中把均相区与两相区分开的曲线，称为双节点曲线。如果体系总组成
位于双节点曲线下方的区域，两高聚物均匀溶于水中而不分相。如果体
• 是否分层或混合成一相，取决于：
▪ 熵增——与分子数目有关 ▪ 分子间作用力——与分子大小有关
▪ 可以构成双水相的体系有：
• 离子型高聚物－非离子型高聚物（分子间斥力） ▪ PEG－DEXTRAN
• 高聚物－相对低分子量化合物（盐析作用）
▪ PEG－硫酸铵
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双水相萃取的原理
▪ 依据悬浮粒子与其周围物质具有的复杂的相 互作用：
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用此方法提纯的酶已达数十种，其分离也达到 了相当规模。
近年来又进行了双水相萃取氨基酸类和病毒小
分子物质的研究，大大扩展了应用范畴并提
高了选择性，使双水相萃取技术具有更大的
潜力和美好的发展前景。
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▪ 双水相现象是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。
▪ 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。
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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
聚乙二醇（PEG）
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
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
比较深入。
溶质分配的理论研究对双水相萃取起到指导作用，使萃取过
程可通过控制相关的影响因素而得到优化。
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影响物质在双水相系统中分配的因素主要有:
双水相系统的聚合物组成(包括聚合物类型、平均分子量);
盐类(包括离子的类型和浓度、离子强度、pH值);
溶质的物理化学性质(包括分子量、等电点);
体系的温度等;
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▪ 这些参数并不是独立地起作用。要预测溶质在双水 相系统间的分配系数是困难的。
双水相萃取法和传统的分离方法(如盐析或有机溶剂沉淀等)相比 也有很大的优势，处理量相同时，双水相萃取法比传统的分离方 法,设备需用量要少3～10倍，因此已被广泛地应用在生物化学、 细胞生物学和生物化工领域，进行生物转化、蛋白质、核酸和病 毒等产品的分离纯化和分析等。
用ห้องสมุดไป่ตู้法来提纯的酶已达数十种，其分离过程也达到相当规模，
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▪ 可形成双水相的双聚合物体系很多，如聚乙二醇 (polyethylene glycol, PEG)/葡聚糖(dextran，Dx)，聚丙二 醇(polypropylene glycol) / 聚乙二醇和甲基纤维素 (methylcellulose)/葡聚糖等。
▪ 双水相萃取中常采用的双聚合物系统为PEG/Dx，该双水相 的上相富含PEG，下相富含Dx。除双聚合物系统外，聚合 物与无机盐的混合溶液也可形成双水相。
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在系线上各点处系统的总浓度不同，但均分成组成相同而 体积不同的两相。两相的体积近似服从杠杆规则，即
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。当系线长度趋向于零时，
即在图b的双节线上K点，两相差别消失，任何溶质在两相中
的分配系数均为1，因此K点称为临界点(critical point)。
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▪ 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。
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双水相萃取法的特点是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去除细胞碎片相比，无论在收率上还是 成本上都要优越得多。
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双水相萃取的优点
▪ 操作条件温和，在常温常压下进行；
▪ 两相的界面张力小，一般在10-4N／cm量级，两相 易分散，
▪ 两相的相比随操作条件而变化；
▪ 上下两相密度差小，一般在10 g/L。因此两相分离 较困难，目前这方面研究较多
▪ 易于连续操作，处理量大，适合工业应用。
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▪ 双水相萃取是利用物质在不相溶的，两水相间分 配系数的差异进行萃取的方法