【正文】 (Ⅱ )鋅試劑配合物 5 結(jié)果與討論 PEG 相中配合物的吸收光譜 實(shí)驗(yàn)部分 當(dāng) 300g/LPEG 溶液的用量為 、硫酸鈉用量為 、 量為 、 的緩沖溶液用量為 和 lμ g/mL 的 Zn2+標(biāo)準(zhǔn)溶液為 時(shí)，按實(shí)驗(yàn)方法，用 721 型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)在 450~750nm 的波長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)定萃取相中鋅 鋅試劑配合物的吸光度，得吸收光譜， 如圖 。靜置，體系立即開(kāi)始分成上、下相 (上相富含 PEG，簡(jiǎn)稱 PEG 相 ； 下相富含硫酸鈉，簡(jiǎn)稱鹽相 )，同時(shí)鋅 (Ⅱ )與鋅試劑所形成的有色配合物被萃取到 PEG 相。 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(wú)水硫酸鈉 。） 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。做為一種新型的分離技術(shù)，雙水相萃取仍處于開(kāi)發(fā)和研究階段，其理論依據(jù)還有待于進(jìn)一步的研究，新的萃取體系有待發(fā)現(xiàn)，最佳的工藝條件和分相技 術(shù)有待進(jìn)一步研究。有關(guān)這方面的報(bào)道較少， Flygare等通過(guò)在雙水相體系 中添加鐵氧顆粒，利用磁場(chǎng)來(lái)加速相分離。 （ 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(lái)說(shuō)，由于其粘度高，相密度差別小，相分離時(shí)間較長(zhǎng)，完全分離一般需要 10~30 分鐘。 （ 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(lái)彌補(bǔ)其存在的缺點(diǎn)，以達(dá)到理想的分離效果。因此，探索出一條切實(shí)可行的途徑，具有非常重要的實(shí)際意義。 （ 3） 成相物質(zhì)的回收及循環(huán)利用問(wèn)題 雙水相體系中高聚物和無(wú)機(jī)鹽是主要的成相物質(zhì)。 （ 2） 工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的問(wèn)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。現(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。 的方面 雙水相體系對(duì)金屬離子的分離富集研究尚處于起步階段，還有許多方面有待于研究探討。但雙水相萃取作為一種新型的技術(shù)尚處于起步階段，其理論依據(jù)還有待于進(jìn)一步的研究。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。見(jiàn)表 。 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%~%。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，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。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)。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。 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)。 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。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。 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。這是傳統(tǒng)的溶劑萃取方法所不可比擬的。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。 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)。其它實(shí)例見(jiàn)表 3。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)。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)。 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)。 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。 ? ? ? ? 239。 （ 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)。 （ 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。 （ 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。 （ 3） 雙水相體系對(duì)環(huán)境污染小。 （ 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)。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。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。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。 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?？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。 雙水相萃取的熱力學(xué)模型 雙水相萃取技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的、有希望用于大規(guī)模提取和純化生物活性物質(zhì)的新型生物分離技術(shù)。山東科技大學(xué)碩士學(xué)位論文緒論但是在實(shí)際的操作過(guò)程中，無(wú)法固定整個(gè)雙水相體系，也無(wú)法確切的知道分離的體系中有多少其它物質(zhì)，所以使得整個(gè)體系相當(dāng)?shù)膹?fù)雜。另外從相圖可以看出， PEG 或鹽的濃度增大，兩相Glnk KT???() ()e x p p t p b toA Z u uK K T K T???? ? ?? ? ?? ???方案論證 的差別增大，兩相之間的界面張力差增大，引起分配系數(shù)發(fā)生變化。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(jiǎn)單的定性描述。 影響雙水相萃取的因素 影響分配平衡即影響分配系數(shù)的因素有很多。根據(jù)兩相平衡時(shí)化學(xué)位相等的原則，利用 Brownstendt 方程式可以求 得分配系數(shù) K： ln MK kT??方案論證 式中 M— 物質(zhì)的分子量 λ — 系統(tǒng)的表面特征系數(shù) k— 玻爾茲曼常數(shù) T— 溫度 一般認(rèn)為 M 值很大，而 K 和 λ 是對(duì)數(shù)關(guān)系，這意味著兄有較小的變化就會(huì)帶來(lái)K 值較大的變化，當(dāng) M 值很小， λ 很小時(shí)， Mλ→ O，因而 k→ 1，因此過(guò)去認(rèn)為小分子物質(zhì)在雙水相體系中趨于均勻分配。與傳統(tǒng)的萃取相比，該分配系數(shù)更大或更小。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。在滿足成相的條件下，待分離物質(zhì)若在兩水相之間存在分配系數(shù)的差異，就可能實(shí)現(xiàn)分離 提純。 雙水相體系的分配原理 有關(guān) ATPS 萃取方面的報(bào)道己有很多，但其影響因素卻非常復(fù)雜，很難用完整的熱力學(xué)理論體系來(lái)描述。 1956 年 ， Albertsson 利用此現(xiàn)象成功地分離了葉綠體 [6]，并開(kāi)創(chuàng)了雙水相萃取技術(shù)，從此之后，此技術(shù)才逐漸發(fā)展起來(lái)。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(lái)實(shí)現(xiàn)分離和提純的 目的。 雙水相萃取技術(shù) 雙水相萃取技術(shù) (Aqueous twophase extration teique， ATPET)又稱為水溶液兩相分配技術(shù)。由于體系的相比沿著系線呈規(guī)律性的變化，因此可以根據(jù)相圖人為的調(diào)控體系組成，改變相比，提高目標(biāo)物質(zhì)的回收率。 系線長(zhǎng)度 (tieline length)通過(guò)下式計(jì)算 ： tbbtVA?方案論證 4 2 422 ()P E G N H S OTLL WW? ? ? ? ? 代表上下相的濃度差。連接雙結(jié)線上兩點(diǎn)的直線稱為系線 (Tieline，簡(jiǎn)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