生化分離工程2萃取分離(1)(編輯修改稿)
2024-11-12 15:01 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 聚合物分子的空間阻礙作用，相互間無法滲透，當(dāng)聚合物的濃度達(dá)到一定值時(shí)，就不能形成單一的水相，所以具有強(qiáng)烈的相分離傾向。 ? 某些聚合物的溶液與某些無機(jī)鹽的溶液相混合時(shí)，只要濃度達(dá)到一定值，也會(huì)形成兩相，即聚合物 鹽雙水相體系，成相機(jī)理尚不清楚，一種解釋為“鹽析”作用。 2021321 21 ? 某些親水性高分子聚合物的水溶液超過一定濃度后可形成兩相，并且在兩相中水分均占很大比例，即形成 雙水相系統(tǒng) (two aqueous phase system)。 利用親水性高分子聚合物的水溶液可形成雙水相的性質(zhì)， Albertsson于 50年代后期開發(fā)了 雙水相萃取法(two aqueous phase extraction)， 又稱 雙水相分配法 (two aqueous phase partitioning)。 ? 70年代以后， Kula， Hustedt和 Johansson等發(fā)展了雙水相萃取技術(shù)在生物分離過程中的應(yīng)用，為蛋白質(zhì)特別是胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分離與純化開辟了新的途徑。 ? 現(xiàn)在的研究已涉及到酶、核酸、生長激素、病毒等各種物質(zhì)的分離和提純。 2021321 22 雙水相分離理論 ? 雙水相體系 ? 廣泛應(yīng)用的雙水相體系是聚乙二醇 (PEG)/葡聚糖(Dex)體系。 ? 聚合物與無機(jī)鹽的混合溶液，例如， PEG/磷酸鉀 、PEG/磷酸銨、 PEG/硫酸鈉等常用于生物產(chǎn)物的雙水相萃取。 ? 分離某一生物大分子，兩相系統(tǒng)的選擇原則，必須有利于目的物的萃取和分離，同時(shí)又要兼顧到聚合物的物理性質(zhì)。如甲基纖維素和聚乙烯醇，因其粘度太高而限制了它們的應(yīng)用。 PEG和 Dex因其無毒性和良好的可調(diào)性而得到廣泛應(yīng)用。 2021321 23 ? 相圖 ? 雙水相的形成條件和定量關(guān)系常用相圖表示，圖 27是PEG／ Dex體系的相圖。 TCB稱為 雙節(jié)線 (binodal)， 雙節(jié)線以上的區(qū)域?yàn)? 兩相區(qū)。上相組成用 T(Top)表示，下相組 成用 B(Bottom)表示。 ? 連接 T、 B兩點(diǎn)的線段 TB稱為 系線 (tie line)， 系線上各點(diǎn)處系統(tǒng)的 總濃度不同，但均分 成組成相同而體積不 同的兩相。兩相的體積近似服從杠桿規(guī)則。 圖 27 PEG／ Dex體系相圖 2021321 24 ? 如點(diǎn) M為整個(gè)系統(tǒng)的組成，該系統(tǒng)實(shí)際上由 T、 B所代表的兩相組成， vT表示上相體積， vB表示下相體積，則： vT／ vB＝ BM／ MT (210) ? 系線的長度是衡量兩相間相對(duì)差別的尺度 ， 系線越長 ， 兩相間的性質(zhì)差別越大 。 當(dāng)點(diǎn) M向下移動(dòng)時(shí) ， 系線長度縮短 ， 兩相差別減小 ， 到達(dá) C點(diǎn)時(shí) ， 系線長度為 0， 兩相間差別消失而成為一相 ， 因此 C點(diǎn)為 系統(tǒng)臨界點(diǎn) (critical point)。 ? 雙節(jié)線的位置和形狀與聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量有關(guān) 。聚合物 Dex的相對(duì)分子質(zhì)量越高 ， 相分離所需的濃度越低；兩種聚合物相對(duì)分子質(zhì)量相差越大 ， 雙節(jié)線的形狀越不對(duì)稱 ， 見圖 28。 2021321 25 PEG的相對(duì)分子質(zhì)量固 定 (PEG6000)而 Dex的相 對(duì)分子質(zhì)量如下： (Mn2800， Mr3400) (Mn23000， Mr30000) (Mn23000) (Mn88000， Mr179000) (Mn180000， Mr460000) (Mn630000，Mr2202100) Mn— 數(shù)均分子量 Mr— 重均分子量 圖 28 PEG／ Dex體系的雙節(jié)線和臨界點(diǎn) 2021321 26 ? 物質(zhì)在兩相中的分配 ? 和溶劑萃取法一樣，物質(zhì)在兩水相中的分配用分配系數(shù) K表示。 K ＝ cT／ cB 式中 cT、 cB分別代表上相 、 下相中溶質(zhì)的濃度 。 ? K與溫度 、 壓力以及溶質(zhì)和溶劑的性質(zhì)有關(guān) ， 與溶質(zhì)的濃度無關(guān) 。 ? 影響分配系數(shù)的主要因素 ， 可用 Gerson公式表示： － lgK＝ A Δγ＋ δΔφ＋ β (211) 式中 A—— 表面積； Δγ—— 兩相表面自由能之差δ—— 電荷數(shù)； Δφ—— 電位差； β—— 標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)位和活度系數(shù)等組成的常數(shù) 2021321 27 ? 表面自由能可用來量度表面的相對(duì)憎水性，改變成相聚合物的種類。聚合物的平均分子量和相對(duì)分子質(zhì)量分布，都能影響相的疏水性。 ? 一般地，大分子的表面積 A都很大， Δγ的微小變化都會(huì)引起蛋白質(zhì)大分子的分配系數(shù)產(chǎn)生很大變化；加入系統(tǒng)的鹽，以及體系的 pH會(huì)影響相間電位差 Δφ和蛋白質(zhì)所帶的電荷數(shù) δ， 因而也對(duì)分配系數(shù)產(chǎn)生大的影響。 ? 由于影響分配系數(shù)的因素很多，加上各因素間又互相影響，因此定量地將蛋白質(zhì)的一些分子性質(zhì)與分配系數(shù)關(guān)聯(lián)起來是困難的，最佳的雙水相操作條件還得依靠實(shí)驗(yàn)來獲得。 2021321 28 影響分配平衡的參數(shù) ? 影響物質(zhì)分配的因素主要有： ? 聚合物及成相鹽的種類及濃度 ? 聚合物的平均分子量 ? 體系的 pH值及其他鹽的種類及濃度 ? 菌體或細(xì)胞的種類及含量、體系溫度等。 2021321 29 ?
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