第六章反向微胶团萃取与双水相萃取技术.ppt
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第六章 反相微胶团萃取与双水相萃取技术;在反相微胶团中,表面活性剂的极性基团部分围成一个极性核心,称为水池。这个水池包括表面活性剂的极性基团内表面和其中的水分,以及溶解于水中的离子等。
具有亲水性的生物大分子就可以溶解于水池中的水分而被以微胶团的形式萃取出来。见图。将待分离组分以微胶团形式进行萃取的过程,称之为微胶团萃取或胶团萃取,如果待分离组分是以反相微胶团的形式被萃取,就称之为反向微胶团萃取或反相微胶团萃取。
;关于蛋白质及酶等生物大分子是以何种形式被反相胶团萃取的机理,有三种不同的见解。
一种认为是在反相胶团中,由表面活性剂的极性部分围成一个中心,中心为水等极性溶剂占有,生物大分子就溶解于其中,并且在生物大分子周围包膜着一层水壳,对生物大分子起保护作用。此种见解即是所谓的水壳模型。见4-2(a,b);
第二种见解认为是生物大分子虽然溶解于由表面活性剂极性部分围成的中心部分,但在中心部分生物大分子是以被吸附的状态附着于胶团的极性壁上。见图4-2(c);
第三种见解则认为生物大分子的非极性部分与多个微胶团的非极性部分连接,由此形成生物大分子溶解于多个微胶团之间的一种状态。见图4-2(d)。上述几种见解中,以所谓的“水壳模型”解释具有较多的说服力。
;6.2:影响反相微胶团形成的因素;溶剂通常为异辛烷(2.2,4-三甲基戊烷)。AOT能溶解于有机溶液中,也能溶解于水中,并形成微胶团。AOT在形成反相微胶团时的W0较大,其值可达60。因此在微胶团内就可以溶解较多的生物大分子而提高了萃取效率。
;2、水相的酸碱度
微胶团内水相的酸碱度,主要影响到生物大分子的荷电性,进而影响到生物大分子与微胶团的结合。因为AOT属于阴离子型表面活性剂,其亲水部分带负电荷,形成的微胶团内表面带负电。当微胶团内水相的pH值小于生物大分子的等电点(pI)时,可使生物大分子带正电,这样生物大分子可与微胶团中带负电性的内表面相吸而形成比较稳定的含生物大分子的微胶团,可以较易地进行萃取。当微胶团内水相中的pH大于生物大分子的等电点时,生物大分子带负电,较难与微胶团内壳相结合而呈较低溶解甚至是不溶解状态,分离效率下降。利用此原理,通过调节水相中的pH值,就可达到分离溶液中不同组分的生物大分子。
;3、水相中的离子强度
微胶团中水相的离子强度对反相微胶团萃取的影响,可以用前面第二章中的盐溶和盐析现象来解释。在低离子强度下,酶和蛋白质等生物大分子表面上的荷电性和亲水性得到了改善,溶解度上升,与微胶团内表面的结合力增强。当水相中的离子强度增加到一定的程度时,由于抵消了生物大分子表面上的电荷,并且由于离子的水化作用而使蛋白质分子表面上的水膜消失,减少了与微胶团内表面的结合作用,从而降低了溶解度。使分离效率降低
;4、W0值大小
反向微胶团的形成、大小及形状,与表面活性剂的种类、浓度以及操作时的温度、压力等有关。反相微胶团一般比水相微胶团要小,其分子聚集数一般都小于50。而水相微胶团的分子聚集数在50-100之间。反相微胶团中的水分含量通常用非极性溶剂中的水浓度和表面活性剂浓度之比W0来表示:
W0=[H2O]/[表面活性剂]
W0值越大,反相微胶团内的水分含量就越多,形成的反相微胶团的半径就越大。能溶解水溶性成分的量就越多。因此,W0大小可以反映出反相微胶团的大小和溶解能力。;
W0值的大小,也直接影响到反相微胶团的萃取效率。W0太小,说明微胶团内的水分含量不高,对生物大分子的溶解度下降,甚至当W0过小时,形成的微胶团太小,生物大分子就根本无法进入反相微胶团内,这就必然影响到萃取效率。图表示了W0和蛋白质溶解度之间的关系。; 5:蛋白质分子量对萃取率的影响;6: 阳离子种类对萃取率的影响
K+,Na+,Ca2+这三种阳离子对溶菌酶萃取率的影响见图。在0.1~0.8mol/L浓度范围内,溶菌酶的萃取率几乎不随NaCl和CaCl2的浓度变化而变化,一直保持在较高状态。
阳离子种类对萃取率的影响主要体现在改变反相胶团内表面的电荷密度上。通常反相胶团中表面活性剂的极性部分不会是完全电离的,有很大一部分阳离子仍在胶团的内表面上。极性部位的电离程度愈大,反相胶团内表面的电荷密度愈大,产生的反相胶团也愈大。表面活性剂电离的程度与离子种类有关。;表为同一离子强度下的四种离子对反相胶团中W0的影响。极性部位的电荷密度按K+,Ca2+,Na+,Mg2+顺序逐渐增大,电离程度也相应地逐渐增大。?
水相为MgCl2溶液时,水相混浊,不能很好地分相,这可能是因为极性部位的电荷密度太大,以致有些AOT溶于水相,形成乳状液。水相为NaCl或CaCl2溶时,萃取率基本上不随盐浓度变化而变化,这是因为Na+和C
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