【正文】 雙水相體系的研究己近半個(gè)世紀(jì)，它作為一種新型的萃取體系以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在生物 [7]、食品 [5]、醫(yī)藥 [4， 2829]、稀有金屬分析 [3031]等諸多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了應(yīng)用，并發(fā)揮著越來越重要的作用。而且容易與離子交換層析、膜分離等新型技術(shù)結(jié)合。 雙水相萃取技術(shù)的特點(diǎn) 雙水相萃取技術(shù)是一種可以利用較為簡單的設(shè)備，并在溫和條件下進(jìn)行簡單操作就可獲得較高收率和純度的新型分離技術(shù)。雖然，該技術(shù)在應(yīng)用方面己取得了很大的進(jìn)展，但幾乎都是建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，到目前為止還沒能完全清楚地從理論上解釋雙水相系統(tǒng)的形成機(jī)理以及生物分子在系統(tǒng)中的分配機(jī)理。在溶液中當(dāng)一 種物質(zhì)溶于某種物質(zhì)形成一相時(shí)，它便與周圍的分子相互作用 ， 這種作用可能涉及到氫鍵、離子鍵、水合鍵，還有其他一些弱作用。溶質(zhì)在雙水相中的分配系數(shù)也用平衡狀態(tài)下相和上相中溶質(zhì)的總濃度之比來表示，其萃取原理是基于物質(zhì)在兩相之間的選擇性分配。最先是由瑞典 lund 大學(xué)的 Albertsson 及同學(xué)們提出的。但有學(xué)者提出了關(guān)于 ATPS 的雙結(jié)線模型(bimodal model)[l618] (見圖 1)， 該模型通過定義分子間相互作用的表觀排斥體積(apparent excluded volume)， 在統(tǒng)計(jì)幾何學(xué)的基礎(chǔ)上與 ATPS 的物化性質(zhì)特別是界面特性 (界面張力及界面粘彈性等 )進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，進(jìn)而為研究 ATPS 的成相機(jī)理和分配原理提供了理論參考 圖 l 雙水相體系的雙結(jié)線模型 Fig. 1 1The bimodal model of aqueous two Phase system 圖 中的曲線為雙結(jié)線 (Binodal)，雙結(jié)線以下的區(qū)域?yàn)榫鄥^(qū)，以上的區(qū)域?yàn)閮上鄥^(qū)，也稱為工作區(qū)。當(dāng)兩種高分子聚合物之間存在相互排斥作用時(shí)，由于分 子量較大，分子間的相互排斥作用與混合 過程的熵增加相比占主導(dǎo)地位。這是人類對(duì)于雙水相體系最早的認(rèn)識(shí)?；虍?dāng)一種聚合物與一種鹽溶于同一種溶劑時(shí)，當(dāng)聚合物或無機(jī)鹽的濃度達(dá)到一定值時(shí)，也會(huì)生成互不溶的兩個(gè)水相。若能將化學(xué)的分離富集技術(shù)或生富集技術(shù)與現(xiàn)代儀器技術(shù)相結(jié)合測(cè)定鋅，將會(huì)有更廣闊的發(fā)展前景。該方法能消除顯色液中剩余二甲酚橙吸收影響，從而使靈敏度提高。ε為 104L/mol由于加入 CTMAB，使配合物的吸收峰發(fā)生紅移， 也達(dá)到 105L/mo1該方法應(yīng)用面廣，其最大不足是操作繁瑣。高鋅可減弱免疫 功能，因?yàn)樵阪V離子存 在下， 鋅可抑制吞噬細(xì)胞的活性，降低趨化作用和殺菌能力 ； 鋅過多還可減少維生素 C 的含量和血液、腎臟、肝臟內(nèi)的含鐵量，同時(shí)抑制鐵的利用，導(dǎo)致缺鐵性貧血。已經(jīng)證實(shí)，由于鋅缺乏可以引起多種疾病，甚至危及生命，鋅缺乏引起的主要癥狀有 ： 厭食、口腔潰瘍、生長發(fā)育不良、智力障礙，母體先天缺鋅將嚴(yán)重 影響子代健康。鋅的來源廣泛 ， 普遍 存于各種食物，但動(dòng)植物性食物之間，鋅的含量和吸收利用率很大差別 。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。它具有以水為溶劑、價(jià)格低廉、不易揮發(fā)、污染小、分相速度快、操作簡單、可以與其他技術(shù)相結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)得到業(yè)界的廣泛重視。通過雙水相萃取技術(shù)與分光光度法集成應(yīng)用，建立了集萃取分離和測(cè)定金屬離子于一身的雙水相萃取光度分析方法。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 分光光度法測(cè)定痕量鋅的方法研究 1 前言 微量 鋅 與人體健康的關(guān)系已成為越來越多的學(xué)者討論的熱點(diǎn)問題之一 。 但是攝入過量的鋅也會(huì)引起急性腸炎和嘔吐 等中毒現(xiàn)象。 標(biāo)準(zhǔn)人體中含鋅量為 2~3 克。 測(cè)定鋅的方法的發(fā)展 鋅的測(cè)定對(duì)研究生命科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)具有重要意義。葛宣寧等將樣品溶液的 pH 調(diào)至 ，然后加入 Tween20 的雙硫腙混合液，在540nm 波長處測(cè)定吸光度，建立了雙硫腙水相直接光度法測(cè)定微量鋅。 cm。 cm，比鋅試劑靈敏度提高了 倍。夏暢斌等報(bào)道了Zn(II)SCN羅丹明 BPVA 高靈敏度顯色反應(yīng)體系，建立了測(cè)定礦泉水中痕量鋅的新方法，ε高達(dá) 106 L/mol對(duì)食品中鋅的研究對(duì)現(xiàn)代人的生活起到很大的作用，對(duì)鋅含量的測(cè)定的技術(shù)將廣泛應(yīng)用于人們的生產(chǎn)生活中。因?yàn)槭褂玫娜軇┒际撬?，故稱為雙水相體系。這種現(xiàn)象現(xiàn)在稱之為 ” 聚合物的不相溶性 ” 。因此， 一種聚合物的周圍將聚集同種分子而排斥異種分子，當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，即形成分別富含不同聚合物的兩相。連接雙結(jié)線上兩點(diǎn)的直線稱為系線 (Tieline，簡稱 TL)，表示了雙水相體系達(dá)到相平衡時(shí)上、下相組成和總組成的關(guān)系。即利用雙水相成相現(xiàn)象和待分離的物質(zhì)在兩相的分配系數(shù)的不同來實(shí)現(xiàn)分離和提純的 目的。當(dāng)物質(zhì)進(jìn)入雙水相體系后，由于各種表面性質(zhì)、電荷作用等各種因素 [2l]的影響，使其在上、下兩相中的濃度不同，兩相的濃度比 — 分配系數(shù) K 也就不同。一般情況下定量描述這些作用力是困難的，但可以從熱力學(xué)基本點(diǎn)出發(fā)，作一些簡單的定性描述?？紤]到生物物質(zhì)在雙水相系統(tǒng)中分配時(shí)，是一個(gè)由聚合物、聚合物 (或無機(jī)鹽 )、生物分子和水構(gòu)成的四元系統(tǒng)，系統(tǒng)中的組分性質(zhì)千差萬別，從晶體到無定形聚合物、從非極性到極性、從電解質(zhì)到非電解質(zhì)、從無機(jī)小分子到有機(jī)高分子甚至生物大 分子，這些都不可避免地造成理論計(jì)算的復(fù)雜性。其體系的成相物質(zhì)和萃取原理與傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑萃取存在極大的差異。 （ 5） 雙水相體系中的傳質(zhì)和平衡速度快，回收率高，分相時(shí)間短，自然分相時(shí)間一般為 5~15 而 min，且能耗較低，可以實(shí)現(xiàn)快速分離。 雙水相萃取技術(shù)在生物制藥中的應(yīng)用 目前在國外，雙水相萃取技術(shù)在醫(yī)藥產(chǎn)品中的應(yīng)用主要是經(jīng)生物轉(zhuǎn)化的基因工 程藥物和抗生素以及從動(dòng)物組織中提取生化藥物，科研人員在各種酶、核酸細(xì)胞、蛋白質(zhì)、細(xì)胞器、菌體及氨基酸的分離和提純等方面進(jìn)行了廣泛的研究 (見表 2)。 表 3 雙水相體系對(duì)中草藥中有效成份的純化 Table 3 The Purifieation of effeetive ponents of Chinese herbal medieine using ATPS 中藥成分 雙水相體系 回收率 葛根素 丙酮 /磷酸氫二鉀 % 黃岑黃酮 EOPO/無機(jī)鹽 95% 蘆丁 聚乙二醇 /硫酸銨 % 柿葉黃酮 聚乙二醇 /硫酸銨 % 雙水相萃取技術(shù)在金屬離子分離中的應(yīng)用 自 從 zvarova 提出了利用雙水相體系分離金屬離子的可能性 [39]，無機(jī)離子在雙水相體系中的分配研究才逐漸展開。高云濤等 [41]研究了金 (III)鹵素離子配合物在聚乙二醇 /硫酸按雙水相萃取體系中的分配行為，鄧凡政等 [42]利用聚乙二醇 2020/硫 酸銨 /偶氮腫 III 雙水相體系實(shí)現(xiàn)了欽和錯(cuò)的分離。結(jié)果表明 ： 當(dāng) 緩沖液用量為 ， 1g/L 二 甲酚橙溶液用量為 ， 30%PEG2020 溶液用量為 ，硫酸鈉固體用量為 時(shí)，鋅 (II)與二甲酚橙的配合物被萃取到 PEG 相 ； 配合物在 PEG相中的最大吸收峰為 535nm，表觀摩爾吸光系數(shù)。見表 ?，F(xiàn)在對(duì)于影響金屬離子萃取率的因素和金屬離子與萃取劑的作用方式的研究，還僅停留在宏觀測(cè)定結(jié)果和理論分析的階段。 （ 5） 雙水相萃取技術(shù)與其他相分離技術(shù)的集成 單一的雙水相體系 由于存在一系列的不足之處，因此發(fā)展與其他技術(shù)的結(jié)合和集成是發(fā)展方向，充分利用其他分離技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)來彌補(bǔ)其存在的缺點(diǎn)，以達(dá)到理想的分離效果。） 實(shí)驗(yàn)試劑 ： 準(zhǔn)確稱取鋅試劑 ，放入 100mL 的燒杯中并用少量水溶解，然后轉(zhuǎn)入 100mL 容量瓶并加水定容至刻度，搖勻，放置于冰箱中保存 ； 1mg/mLzn(Ⅱ )標(biāo)準(zhǔn)溶液 ： 稱取 的 ZnSO4放入 1000mL 容量瓶中并定容至刻 度，搖勻，作為儲(chǔ)備液，其中 Zn(Ⅱ )濃度為 1mg/mL。故測(cè)定波長選用 630nm。實(shí)驗(yàn)結(jié) 果 (圖 )表 明：硫酸鈉用量低于 時(shí)，體系不能分相；然而用量為 時(shí)分相速度太慢，用時(shí) 25min 分相完，且界面模糊不清晰，萃取也不完全；在 ~ 之間時(shí)，分相清晰且分相速度快，吸光度較大；但當(dāng)用量大于 時(shí)， PEG 相粘度增加，由于鹽效應(yīng)增強(qiáng)，吸光度 不穩(wěn)定，且下層富鹽相渾濁。顯色劑的用量選擇 。這也就是說在 PEG 相中鋅 (11)與鋅試劑形成的絡(luò)合物的組成為 1： 1。 0~ g/mL 的范圍內(nèi)符合比爾定律，線性方程為 A=(μ g/mL)+，相關(guān)系數(shù) R=，表現(xiàn)摩爾吸光系數(shù) ε 630nm= l04L/(mol當(dāng) 300g/LPEG 溶液用量為 、硫酸鈉用量為 、 ，配合物被萃取到 PEG 相，且效果較佳。實(shí)驗(yàn)表明： PEG 相中的配合物的最大吸收波長為 630nm； PEG 相中配合物的組成為1： 1； Zn2+的線性范圍為 0~ g/mL，表觀摩爾吸光系數(shù)為 104L/()。 表 14 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線 Table14 Standard working curve 00 1 2鋅與鋅試劑的摩爾比A結(jié)論 Zn 濃度 mg/L 吸光度 A 圖 9 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線 Fig. 9 Standard working curve 共存離子的影響 為了考察該方法的選擇性，按實(shí)驗(yàn)方法，在 PEG硫酸鈉 鋅試劑雙水相體系中，加入 g/mLZn2+，試驗(yàn)了多種常見陰陽離子對(duì)該體系的影響，以誤差小于 5%計(jì)為不干擾測(cè)定。曲線發(fā)生轉(zhuǎn)折，轉(zhuǎn)折點(diǎn)相應(yīng)的摩爾比值，即為配位數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果 (圖 )表明：配合物瞬間顯色完全， 30min 內(nèi)吸光度值基本不變。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在 的緩沖溶液中配合物吸光度高且維持不變。實(shí)驗(yàn)結(jié)果 (如圖 )表 明： PEG溶液的用量小于 時(shí)，體系不能分相；然而用量為 時(shí)分相速度太慢，用時(shí) 20min 分相完，且界面模糊不清晰，萃取也不完全；當(dāng)用量為 時(shí)，吸光度較高且萃取效果好；增加 PEG 溶液的用量，由于 PEG 相體積變大，吸光度隨之減小。 實(shí)驗(yàn)方法 在 10mL 比色管中，依次加入緩沖溶液 ， ， 1μ g/mL的 Zn2＋ 標(biāo)準(zhǔn)溶液 ， 300g/LPEG 溶液 ，加水定容至 10mL，再加入固體無水硫酸鈉 。 （ 6） 強(qiáng)化分離效果技術(shù)應(yīng)用于雙水相萃取體系 對(duì)于高聚物雙水相體系來說，由于其粘度高，相密度差別小，相分離時(shí)間較長，完全分離一般需要 10~30 分鐘。 （ 2） 工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的問題 目前，雙 水相體系對(duì)金屬離子的萃取分離技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模的應(yīng)用階段。因此，雙水相萃取作為一種新型的分離技術(shù)應(yīng)用于金屬離子的分析具有良好的應(yīng)用前景。 cm，鋅 (Ⅱ )濃度在 ~ g/10mL 范圍內(nèi)符合比耳定律 ； 將該方法用于市售食鹽中鋅的測(cè)定，獲得滿意結(jié)果。 表 4 金屬離子的雙水相萃取分離 Tble 4 Theaqueous twoPhase extraction and separation of metal iron 方案論證 萃取劑 成相組分 目標(biāo)離子 共存離子 鋅試劑 鉻天青 S 碘化鉀 PAR 水楊基熒光酮 鈹試劑 硫氰酸鉀 鋁試劑 鄰苯三酚紅 羅丹明 B 溴化鉀 二甲酚橙 茜素 S 偶氮氯膦 偶氮砷 Ⅲ 丁二酮肟 PEG/硫酸銨 PEG/硫酸銨 乙醇 /硫酸銨 PEG/硫酸鈉 乙醇 /硫酸銨 PEG/硫酸銨 PEG/硫酸鈉 PEG/硫酸銨 PEG/硫酸銨 丙醇 /NaCl 丙醇 /硫酸銨 PEG/硫酸銨 PEG/硫酸銨 PEG/硫酸鈉 PEG/硫酸銨 乙醇 /硫酸銨 Cu(II) La(III) Cd(II) Mo(VI) W(VI) Au(III) Co(II) Fe(III)、 Al(III) Bi(III) Ir(III) Hg(II) Pd(II) Fe(III)、 Al(III) La(III)、 U(VI) Eu(III) Co(II) La(III)、 U(VI)、 Ce(IV) Ti(IV) Ni(II)、 Co(II)、 Zn(II) Pd(II)、 U(VI) Fe(III)、 Cu(II)、 Ni(II)、 Co(II) Fe(III)、 Al(III)、 Cu(II) Ni(II)、 Mo(VI) Cu(II)、