專利名稱：一種聚乙二醇辛基苯基醚/硫酸銨/雙水相萃取分離體系的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種萃取分離技術(shù)，特別是涉及一種聚乙二醇辛基苯基醚/硫酸銨/雙水相萃取分離體系。
背景技術(shù)：
雙水相分離技術(shù)是近十多年來(lái)研究最為活躍的生物工程下游技術(shù)之一。70年代中期西德的Kula，M.R.和Kroner，K.H.等人將雙水相系統(tǒng)應(yīng)用于從細(xì)胞勻漿液中提取酶和蛋白質(zhì)，獲得成功；至今雙水相技術(shù)已成功的應(yīng)用于生物工程下游產(chǎn)品尤其是酶的中性規(guī)模的萃取上。但這些成功的雙水相體系多數(shù)為聚乙二醇/葡聚糖和聚乙二醇/無(wú)機(jī)鹽兩種。由于水溶性高聚物粘度大，難以揮發(fā)，不易定量操作，給后續(xù)操作帶來(lái)麻煩。
近年來(lái)，隨著表面活性劑工業(yè)的發(fā)展，應(yīng)用表面活性劑建立雙水相體系得到長(zhǎng)足進(jìn)展。如肖進(jìn)新、何煦等(1999)研究了[acta.chem.sinica，2000，58，922(in chinese)]表面活性劑雙水相體系的相行為和蛋白質(zhì)的萃取分離。童愛(ài)軍等(1998)研究了陰陽(yáng)離子表面活性劑雙水相萃取色氨酸衍生物和牛血清蛋白，而對(duì)于非離子型表面活性劑/鹽雙水相體系目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種成相速度快，時(shí)間短，分配系數(shù)大的新的聚乙二醇辛基苯基醚/硫酸銨/雙水相萃取分離體系。
本發(fā)明提供的聚乙二醇辛基苯基醚/硫酸銨/雙水相萃取分離體系包括聚乙二醇辛基苯基醚(TritonX-100)、硫酸銨和水。
在所述聚乙二醇辛基苯基醚/硫酸銨/水雙水相萃取分離體系中，雙水相上、下兩層都是表面活性劑膠束水溶液；下層澄清透明，上層略帶乳光，兩相間界面清晰，界面膜清晰、結(jié)實(shí)，界面膜具有良好的強(qiáng)度和彈性，可用針將它上挑或下壓，使突起或下凹。上層表觀粘度大，下層粘度小，與水接近。該體系的相組成及相圖見(jiàn)表1及圖1表1 聚乙二醇辛基苯基醚/(NH4)2SO4/水雙水相體系節(jié)線組成體系組成(wt，％) 上相組成(wt，％) 下相組成(wt，％)聚乙二醇 (NH4)2SO4H2O聚乙二醇 (NH4)2SO4H2O 聚乙二醇 (NH4)2SO4H2O辛基苯基 辛基苯基辛基苯基醚 醚 醚37.20 7.60 55.2048.88 4.4546.67 0.61 16.17 83.2230.90 8.19 60.9142.81 5.2351.96 0.35 15.13 84.5223.30 8.71 67.9937.05 6.1656.79 0.10 14.36 85.5416.85 9.64 73.5143.52 5.2851.20 0.06 14.22 85.7214.02 10.26 75.7246.35 4.8448.81 0.61 16.17 83.228.41 11.19 80.4039.70 5.5054.80 0.80 13.09 86.116.54 11.44 82.0244.85 4.9250.23 0.70 13.42 85.88如圖1-2所示，雙節(jié)線將整個(gè)區(qū)域分為兩相區(qū)(雙節(jié)線以上區(qū)域)和一相區(qū)(雙節(jié)線以下區(qū)域)兩部分。相圖系線幾乎平行，聚乙二醇辛基苯基醚的濃度越大，系線越長(zhǎng)，則分配系數(shù)越大。系線的線性相關(guān)度(r2)在0.99以上，且系線的斜率較大，表明該體系的分配系數(shù)較大。非離子表面活性劑聚乙二醇辛基苯基醚溶于水時(shí)不發(fā)生離解，其分子中的親酯基團(tuán)與離子型表面活性劑大致相同，親水基團(tuán)主要是含氧基團(tuán)。當(dāng)溶于水中時(shí)，在低濃度時(shí)幾乎被吸附于液體表面，其親水基團(tuán)插入水中，親油基團(tuán)向空中，從而改變了液體的表面張力。當(dāng)溶液內(nèi)表面活性劑分子數(shù)目不斷增加時(shí)，其疏水部分相互吸引，締合在一起，親水部分向著水，幾十個(gè)或更多分子締合在一起形成締合的粒子，稱為膠團(tuán)。當(dāng)用中性鹽加入溶液，可能中性鹽對(duì)水分子的親和力大于膠團(tuán)，于是膠團(tuán)周圍的水化層減弱乃至消失，膠團(tuán)分子之間聚集而分相。
雙水相體系的分相過(guò)程是一個(gè)混亂體系的微觀環(huán)境變得有序的過(guò)程，這是在熵力作用下軟物質(zhì)特有的性質(zhì)，由此而研究了體系分相前后的熵變。由Flory-Huggins晶格模型理論，對(duì)于多分散性的高分子溶液，其混合熵為 Φ1=N1N1+mN2]]>Φ2=mN2N1+mN2---(2)]]>
式中，R摩爾氣體常量ni物質(zhì)的量Φi物質(zhì)I在溶液中的體積分?jǐn)?shù)Ni物質(zhì)I的分子個(gè)數(shù)m每個(gè)高分子所含鏈節(jié)數(shù)對(duì)以下三點(diǎn)體系的熵進(jìn)行分析得表2表2 聚乙二醇辛基苯基醚-(NH4)2SO4/水體系分相前后體系的熵變體系組成體系分相前的 體系分相后的 分相前后熵變聚乙二醇辛基苯基醚 (NH4)2SO4H2O 熵(J/K) 熵(J/K) (J/K)37.20 7.60 55.20 7.63 7.28 0.3530.90 8.19 60.91 7.12 6.75 0.3723.30 8.71 67.99 6.36 5.96 0.40由此可知，體系組成不同，體系的熵也不相同。體系的含水量越多，體系的熵越小。三個(gè)體系分相前后的熵變較小且?guī)缀跸嗟?，這可能是系線系斜率幾乎相等的原因。
在聚乙二醇辛基苯基醚/硫酸銨/雙水相體系中，聚乙二醇辛基苯基醚的百分?jǐn)?shù)的增大上相體積占總體積的比率也逐漸增大，同時(shí)隨著聚乙二醇辛基苯基醚的濃度增大，成相時(shí)間顯著減少，見(jiàn)圖3、4，該圖為聚乙二醇辛基苯基醚/硫酸銨/水雙水相體系中聚乙二醇辛基苯基醚濃度例如2.0-40％時(shí)，對(duì)成相時(shí)間和成相體積的影響。所以聚乙二醇辛基苯基醚在雙水相體系中的濃度優(yōu)選為5-10％(Wt)。
所述硫酸銨濃度的增大，成相時(shí)間增大，成相體積減小見(jiàn)圖5-6。這種現(xiàn)象比較接近于鹽析效應(yīng)。說(shuō)明本雙水相體系的分相過(guò)程是一個(gè)相互爭(zhēng)奪小分子的過(guò)程，當(dāng)加入的表面活性劑的量少時(shí)，分相所需的無(wú)機(jī)鹽的量較大。在這種富鹽氛圍內(nèi)，少量的聚乙二醇辛基苯基醚分子滯留其中。當(dāng)鹽的濃度進(jìn)一步增加，鹽奪取了小分子，表面活性劑分子才被釋放出。所以(NH4)2SO4濃度優(yōu)選為10-15％(Wt)。
聚乙二醇辛基苯基醚/硫酸銨/雙水相卒取分離體系中，通過(guò)對(duì)該體系三個(gè)(系列1聚乙二醇辛基苯基醚41.2％，硫酸銨5.9％；系列2聚乙二醇辛基苯基醚44.4％，硫酸銨5.6％；系列3聚乙二醇辛基苯基醚47.4％，硫酸銨5.3％)在不同溫度下的成相時(shí)間的變化如圖2。由不同濃度聚乙二醇辛基苯基醚的溫度影響曲線可以看出升溫有利于雙水相的形成，同時(shí)相分離速度隨溫度升高而加快，達(dá)到一定溫度后改趨勢(shì)變得平緩。當(dāng)成相溫度高于20℃以后，體系成相時(shí)間不再受組成含量的影響。這可能，對(duì)于表面活性劑相，相的體積由絮凝膠團(tuán)組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)所結(jié)合的水的體積決定，當(dāng)升溫時(shí)，膠團(tuán)表面的水化層被削弱，另外，加入如硫酸銨則壓縮了膠團(tuán)表面的水化層，兩種因素均造成絮凝膠團(tuán)組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)結(jié)合水的能力快速下降，呈現(xiàn)出表面活性劑富集相而形成分相。
在雙水相萃取的理想情況是分相時(shí)間較短，且上相體積較小，這樣才能達(dá)到富集、分離的目的，本發(fā)明提供的聚乙二醇辛基醚/硫酸銨/水雙水相體系成相時(shí)間2-10分鐘；聚乙二醇辛基苯基醚的濃度越大，該體系的分配系數(shù)越大，上相體積也越大，而分配時(shí)間越短，優(yōu)選為聚乙二醇辛基苯基醚的濃度為5-10％，硫酸銨的濃度為10-15％(Wt)，其余為水。該體系相行為穩(wěn)定，受金屬離子的影響小，例如通過(guò)CuSO4、Na2SO4、MgSO4、NH4NO3對(duì)聚乙二醇辛基苯基醚/硫酸銨/水雙水相體系相行為的影響，體系的組成為聚乙二醇辛基苯基醚(5％)，硫酸銨(12％)，見(jiàn)圖7，圖8。
該體系相行為基本不受金屬離子的影響。由于聚乙二醇辛基苯基醚在水中不電離，故對(duì)PH值穩(wěn)定性高，由于它不在離子狀態(tài)下存在故受金屬離子的影響也小。
表3 離子表面活性劑SDS、陽(yáng)離子表面活性劑CTAB對(duì)雙水相體系相行為的影響看。
樣品 分相時(shí)間/min相體積比(％)空白1240 15.7含0.01M SDS 90 8.1含0.01M CTAB * *加入陰離子表面活性劑(SDS)有利于分相，加入陽(yáng)離子表面活性劑不利于分相或者不分相(見(jiàn)表3)。
聚乙二醇辛基苯基醚/硫酸銨/雙水相體系萃取分與傳統(tǒng)的高聚物-高聚物、高聚物-鹽雙水相體系相比，在聚乙二醇辛基苯基醚與硫酸銨的濃度較低時(shí)即可成相，且粘度較低、表面活性較大，不需離心即可自然快速成相。與離子表面活性劑雙水相體系相比，該體系成相(2-10min)時(shí)間短。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，聚乙二醇辛基苯基醚的濃度越大，該體系的分配系數(shù)越大，上相體積也越大，而分配時(shí)間越小。研究表明，當(dāng)聚乙二醇辛基苯基醚的濃度為5-10％，硫酸銨的濃度為10-15％時(shí)成相效果較好。該體系相行為穩(wěn)定，受金屬離子的影響較小。加入陰離子表面活性劑有利于分相；加入陽(yáng)離子表面活性劑不利于分相。受溫度影響較小，在20℃以上，體系成相時(shí)間不再受組份含量的影響，為生物材料分離提供一種高效，可靠的新型分離方法。
本發(fā)明提供的聚乙二醇辛基苯基醚/硫酸銨/雙水相萃取體系特點(diǎn)1、該體系成相速度快，時(shí)間短(2-10分)，分配系數(shù)大，成相效果好。
2、該體系相行為穩(wěn)定，受重金屬離子的影響小，加入陰離子表面活性劑有利于分相，加入陽(yáng)離子表面活性劑不利于分相。
3、與傳統(tǒng)的高聚物-高聚物，高聚物-鹽雙水相體系相比，在聚乙二醇辛基苯基醚與硫酸銨的濃度較低時(shí)即可成相，且粘度較低，表面活性較大，不需離心即可自然快速成相。與離子表面活性劑雙水相體系相比，該體系成相(2-10分)時(shí)間短。
本發(fā)明提供的聚乙二醇辛基苯基醚/硫酸銨/雙水相萃取體系是一種新型分離方法，可廣泛被應(yīng)用于生物材料的分離中。


圖1為聚乙二醇辛基苯基醚-(NH4)2SO4-/雙水相體系相圖，圖2為溫度對(duì)聚乙二醇辛基苯基醚/硫酸銨/雙水相體系的影響圖，圖3為聚乙二醇辛基苯基醚對(duì)成相體積的影響圖，圖4為聚乙二醇辛基苯基醚對(duì)成相時(shí)間的影響圖，圖5為(NH4)2SO4對(duì)成相體積的影響圖，
圖6為(NH4)2SO4對(duì)成相時(shí)間的影響圖，圖7為鹽對(duì)聚乙二醇辛基苯基醚-(NH4)2SO4-/雙水相體系相行為的影響圖，圖8為鹽對(duì)聚乙二醇辛基苯基醚-(NH4)2SO4-/雙水相體系相行為的影響圖，具體實(shí)施方式
實(shí)施例1-3用不同容器分別配制下表4列出組份的聚乙二醇辛基苯基醚-(NH4)2SO4/雙水相萃取分離體系，于20℃充分混合均勻，成相后，測(cè)試上下相體積及組份濃度于表中，下層澄清透明，粘度小，與水接近上層略帶乳光，表現(xiàn)粘度大，兩相間界面清晰，界面膜清晰、結(jié)實(shí)、界面膜具有良好的強(qiáng)度和彈性。
表4體系組成(W，％) 上相組成(W，％) 下相組成(W，％)聚乙二醇辛 (NH4)2SO4H2O 聚乙二醇辛 (NH4)2SO4H2O 聚乙二醇辛 (NH4)2SO4H2O基苯基醚 基苯基醚基苯基醚37.207.60 55.20 48.88 4.45 46.67 0.61 16.17 83.2230.908.19 60.91 42.81 5.23 51.96 0.35 15.13 84.5223.308.71 67.99 37.05 6.16 56.79 0.10 14.36 85.5權(quán)利要求
1.一種聚乙二醇辛基苯基醚/硫酸銨/雙水相萃取分離體系包括聚乙二醇辛基苯基醚、硫酸銨和水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的聚乙二醇辛基苯基醚/硫酸銨/雙水相萃取分離體系，其特征在于所述聚乙二醇辛基苯基醚、硫酸銨和水的重量百分?jǐn)?shù)分別為5-10，10-15，其余為水。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚乙二醇辛基苯基醚/硫酸銨/雙水相萃取體系包括聚乙二醇辛基苯基醚、硫酸銨和水，其中聚乙二醇辛基苯基醚、硫酸銨和水的重量百分?jǐn)?shù)分別為5－10，10－15，其余為水。該體系成相速度快、時(shí)間短，分配系數(shù)大穩(wěn)定的新的萃取分離體系，被廣泛應(yīng)用于生物材料的分離中。
文檔編號(hào)B01D11/04GK1634628SQ200410096669
公開(kāi)日2005年7月6日 申請(qǐng)日期2004年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月3日
發(fā)明者王躍軍, 孫謐, 劉均忠, 閻曉玲 申請(qǐng)人:中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所