【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 生物分子在系統(tǒng)中的分配機(jī)理?？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(wú)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(wàn)別，從晶體到無(wú)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(wú)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。近 30 年來(lái)，各類(lèi)用于計(jì)算生物物質(zhì)在雙水相系 統(tǒng)分配系數(shù)的模型時(shí)有報(bào)道，諸如 Baski： 晶體吸附模型 [22]、 Hayne 模型 [2324]、Grossman 自由體積模型 [25]、 Diamond 一 Hsu 模型 [26]等，其中 Diamond 一 Hsu 模型既可計(jì)算聚合物 /聚合物雙水相系統(tǒng)中低分子量膚的分配系數(shù)，又能計(jì)算高分子量蛋白質(zhì)的分配系數(shù)，有一定的普適性。 Diamond 和 Hsu 從擴(kuò)展的 FloryHuggins 理論出發(fā)，截止到濃度的二次項(xiàng)，并把相間電勢(shì)表達(dá)為上下相濃度差 的二次函數(shù)，得到分配系數(shù)的簡(jiǎn)潔表達(dá)式如下 ： 式中， K 為分配系數(shù)， A， b 為 DiamondHsu 模型參數(shù)， wl為質(zhì)量百分比，上標(biāo) “ ’ ” 表示下相目標(biāo)產(chǎn)物的濃度，上標(biāo) “ ” ” 表示上相目標(biāo)產(chǎn)物的濃度。此模型對(duì)生物質(zhì)在雙聚合物雙水相系統(tǒng)中分配行為的關(guān)聯(lián)比較令人滿(mǎn)意，但描述 PEG/無(wú)機(jī)鹽雙水相系統(tǒng)中的分配時(shí)，結(jié)果并不理想。梅樂(lè)和等網(wǎng)在關(guān)聯(lián)尿激酶在 PEG/混合磷酸鉀系統(tǒng)中的分配系數(shù)時(shí)，對(duì) DiamondHsu 模型進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，把相間電勢(shì)表? ? ? ? 21 1 1 1 39。 39。ln k A bw w w w? ? ? ?方案論證 達(dá)為上下相濃度差的三次關(guān)系，截止到濃度的三次項(xiàng)，得到分配系數(shù)的表 達(dá)式如下 ： 式中， A*、 b*、 c*為改進(jìn)的 DiamondHsu 模型參數(shù)，當(dāng)忽略三次項(xiàng) (即 c*=0)時(shí)，式就回復(fù)為 DiamondHsu 模型表達(dá)式。 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(jiǎn)單的設(shè)備，并在溫和條件下進(jìn)行簡(jiǎn)單操作就可獲得較高收率和純度的新型分離技術(shù)。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。與一些傳統(tǒng)的分離方法相比，雙水相萃取技術(shù)具有以下獨(dú)有的特點(diǎn) [21]： （ 1） 雙水相體系所形成的兩相大部分都是水，水含量一般高達(dá) 70%~90%。 （ 2） 兩相 間的界面張力小，一般為 107~104 了 mN/m，比一般的有機(jī)萃取體系小 1~3 個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，它比一般的有機(jī)萃取兩相體系界面張力低的多，這樣更有利于相際間的物質(zhì)傳遞，縮短了相間的傳質(zhì)時(shí)間。 （ 3） 雙水相體系對(duì)環(huán)境污染小。與普通的有機(jī)溶劑萃取相比，形成雙水相的物質(zhì)對(duì)人體無(wú)害，可用于食品添加劑、注射劑和制藥中，是一種環(huán)境友好型萃取分離體系。 （ 4） 雙水相萃取過(guò)程一般不需要特殊處理就可以與后續(xù)純化工藝相銜接，易于運(yùn)用化學(xué)工程中的萃取原理進(jìn)行連續(xù)化操作和工程放大。而且容易與離子交換層析、膜分離等新型技術(shù)結(jié)合。 （ 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。 （ 6） 高聚物的濃度、無(wú)機(jī)鹽的種類(lèi)和濃度，以及體系的 PH 值等因素都對(duì)被萃取物質(zhì)在兩相間的分配產(chǎn)生影響，因此可以采用多種手段來(lái)提高選擇性和回收率。 （ 7） 大量雜質(zhì)能與所有固體物質(zhì)一同除去，可使整個(gè)分離過(guò)程更加經(jīng)濟(jì)。 （ 8） 操作條件溫和，由于雙水相的界面張力大大低于有機(jī)溶劑與水相之間的界面張力，整個(gè)操作過(guò)程可以在常溫常壓下進(jìn)行，對(duì)于生物活性物質(zhì)的提取來(lái)說(shuō)有助于保持生物活性和強(qiáng)化相際傳質(zhì)。 ? ? ? ? 239。39。 111111ln k b w w c w wAww ???? ? ? ?? ?方案論證 由于上述優(yōu)點(diǎn)的存在，雙水相體系的應(yīng)用研究日益受到重視，相關(guān)的研究報(bào)導(dǎo)逐年增加，再加上其操作簡(jiǎn)單，且不存在有機(jī)溶劑的殘留問(wèn)題，其在物質(zhì)的分離純化過(guò)程中有良好的應(yīng)用前景。 雙水相萃取技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀 人們對(duì)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(lái)越重要的作用。 雙水相萃取技術(shù)在生物制藥中的應(yīng)用 目前在國(guó)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(jiàn)表 2)。至今，它已發(fā)展成為一種專(zhuān)用于生物產(chǎn)品分離的雙水相技術(shù)。雙水相萃取可用于許多生物物質(zhì)的分離，它具有選擇性好、產(chǎn)物收率高的優(yōu)點(diǎn)。 表 2 雙水相萃取技術(shù)在生物分離中的應(yīng)用 Table2 Theapplyeations of aqueous twophase extration technology in the bioseparation[32] 分離物質(zhì) 舉例 體系 分配系數(shù) 收率 /（ %） 酶 過(guò)氧化氫酶的分離 PEG/DEX 81 核酸 分離有活性核酸 DNA PEG/DEX 60 生長(zhǎng)素 人生長(zhǎng)激素的純化 PEG/鹽 病毒 脊髓病毒和線(xiàn)病毒純化 PEG/鹽 90 干擾素 分離 β干擾素 PEG磷酸酯 /鹽 630 97 細(xì)胞組織 分離含有膽堿受體的病毒 三甲胺 PEG/DEX 57 雙水相萃取技術(shù)在天然產(chǎn)物分離純化中的應(yīng)用 目前，關(guān)于雙水相對(duì)中草藥中有效成份的分離純化的研究已有少報(bào)道，從己有的實(shí)例來(lái)看，雙水 相體系具有選擇性好、成相時(shí)間短、萃取效率高、成本低等傳統(tǒng)方法無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用前景。林金清等 [33]研究了甘草酸鉀在乙醇 /硫酸按雙水相體系中的分配，通過(guò)對(duì)成相物質(zhì)濃度、 pH 值等因素的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了分配系方案論證 數(shù)超過(guò) 13，收率超過(guò) 96%的萃取效果，為在雙水相中提取分離甘草酸鉀的工業(yè)化生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。張春秀等 [34]研究了 PEG1500/磷酸鹽雙水相體系對(duì)銀杏葉浸取液中的黃酮類(lèi)物質(zhì)的萃取，萃取效率達(dá) %。其它實(shí)例見(jiàn)表 3。雙水相體系對(duì)天然產(chǎn)物的分離純化研究為傳統(tǒng)中藥有效成份的分離純化提供了一條嶄 新的思路，也代表了它的另外一種發(fā)展趨勢(shì)。 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(wú)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(wú)機(jī)離子在雙水相體系中的分配研究才逐漸展開(kāi)。雙水相萃取技術(shù)對(duì)于金屬離子的萃取分離多用于一些常見(jiàn)金屬離子和稀有貴金屬的分離。傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑萃取體系所用溶劑污染環(huán)境，對(duì)人體有害。而雙水相體系與其有很大的不同，具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。這是傳統(tǒng)的溶劑萃取方法所不可比擬的。因此，雙水相萃取作為一種新型的分離技術(shù)應(yīng)用于金屬離子的萃取分離方面具有良好的發(fā)展前景。 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外有關(guān)學(xué)者利用多種常見(jiàn)的顯色劑作為萃取劑，對(duì)金屬離子在雙水相體系中的分配行為進(jìn)行了研究， 很好的實(shí)現(xiàn)了對(duì)金屬離子的分離。陳玉煥等 [40]研究了稀有元素 銦 在有配合劑 PAR(4(吡啶偶氮 )間苯二酚 )存在和無(wú) PAR存在時(shí)的聚乙二醇硫酸錢(qián)雙水相體系中的分配行為。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。雙水相體系中金屬離子的萃取分離的其他研究情況見(jiàn)表 4。 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)、 Co(II)、 Cd(II)、 Mn(II) Cu(II)、 Fe(III)、 Ni(II)、 Co(II) Pt(II)、 Pd(II)、 Rh(III) Fe(III)、 Ni(II)、 Co(II)、 Mn(II)、Zn(II) Co(II)、 Mn(II)、 Zn(II)、 Fe(II)、Cd(II) Co(II)、 Zn(II)、 Cd(II) Co(II) Cu(II)、 Pd(II) Cu(II)、 Fe(III)、 Ni(II)、 Al(III) 由此可見(jiàn)，雙水相體系在金屬離子的萃取中的成功應(yīng)用，為金屬特別是稀有金屬的分離純化 和回收開(kāi)辟了一條新的途徑。金屬離子間的雙水相萃取分離是在高聚物 鹽 萃取劑中進(jìn)行的，通過(guò)控制一定的條件，有的金屬離子被定量萃取到高聚物相，有的金屬離子不被萃取而留在下層水相，從而實(shí)現(xiàn)了某些混合金屬離子之間的萃取分離。 雙水相萃取光度法測(cè)定金屬離子的研究與應(yīng)用 雙水相萃取技術(shù)具有高回收率、選擇性好、無(wú)需反萃取且具有富集濃縮待測(cè)樣品的特點(diǎn)。分光光度法是測(cè)定金屬離子常用的方法。因此，把雙水相體系運(yùn)用到光度分方案論證 析中，建立一種新型的萃取光度法，使其分離、富集和測(cè)定一次完成，可提高測(cè)定的靈敏性和選擇性。 黃秀錦等 [63]研究了以二甲酚橙作顯色劑和萃取劑，在 PEG2020 與硫酸鈉形成的雙水相體系中鋅 (II)的顯色反應(yīng)條件及應(yīng)用。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)。 ε = 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(mǎn)意結(jié)果。 鄧凡政等 [64]研究了鉻黑 T 鋅 (II)的配合物在聚乙二醇 2020硫酸鈉雙水相體系中的顯色和萃取分離條件，建立了雙水相萃取光度法測(cè)定發(fā)樣中鋅的新方法。結(jié)果表明 ：當(dāng) 緩沖液用量為 ， ， 30%PEG2020 溶液用量為 ，硫酸鈉固體用量為 時(shí)，鋅 (Ⅱ )與鉻黑 T 的配合物被萃取到PEG 相 ； 配合物在 PEG 相中的最大吸收峰為 550nm，其配合 比為 1： 2，ε =l04L/mol cm； 表觀摩爾吸光系數(shù)ε 550 = 104L/mol cm，鋅 (Ⅱ )濃度在 ~范圍內(nèi)符合比耳定律 ； 將該方法用于發(fā)樣中痕量鋅的測(cè)定，不同水平的平均回收率為%~%。 另外，還有很多學(xué)者研究其他離子的分析，或是研究新的萃取體系在金屬離子分析中的應(yīng)用。見(jiàn)表 。 表 5 雙水相萃取光度法測(cè)定金屬離子 Tablel 5 Eextraetion spectrophotometrie determination of metal iron in aqueous twoPhase system 萃取劑 成相組分 被測(cè)離子 波長(zhǎng)（ nm） ε104 鋅試劑 PEG/硫酸銨 Ga(III) 630 方案論證 茜素 S 偶氮砷 Ⅲ 亞硝基 R 鹽 偶氮砷 Ⅲ 亞硝基 R 鹽 鄰苯二酚紫 鉻黑 T 鋅試劑 5BrPADAP 鄰二氮菲 茜素 S 鉻黑 T 結(jié)晶紫 PAR 鋁試劑 PEG/硫酸銨 PEG/硫酸銨 聚乙烯醇 /硫酸鈉 PEG/硫酸銨 PEG/硫