双水相体系萃取（通用7篇）
双水相体系萃取 篇1
槐米广义是为豆科植物槐(Sophora japonica L.)的干燥花蕾及花。中国各地区产,以黄土高原和华北平原为多。夏季花未开放时采收其花蕾,称为“槐米”;花开放时采收,称为“槐花”。采收后除去花序的枝、梗及杂质,及时干燥,生用、炒用或炒炭用。芸香甙(芦丁)是槐米的主要成分,具有降低毛细血管通透性和脆性,促进细胞增生和防止血细胞凝聚,以及抗炎、抗过敏、利尿、解痉、镇咳、降血脂等功效。芸香甙还作为抗氧剂和天然食用黄色素应用于食品工业中。双水相萃取技术(aqueous two-phase extraction,ATPS)是指亲水性聚合物水溶液在一定条件下可以形成双水相,利用被分离物在两相中分配的不同而分离的技术。双水相萃取技术以其萃取条件温和、分相快速、处理容量大、回收率高、能耗低、萃取原理简便、设备投资费用少、操作简单,且不存在有机溶剂残留问题等优点,在天然药物活性成分的规模化生产方面具有很大的潜力[1,2,3]。国内外有将双水相体系用于天然活性成分提取分离的研究,但利用其从槐米中萃取芸香甙的研究未见报道。本文采用异丙醇/硫酸铵双水相体系萃取分离槐米中的芸香甙,探讨了异丙醇质量、硫酸铵质量、水质量以及槐米质量对芸香甙在该体系的分配系数K的影响,旨在为槐米资源的开发利用提供基础。
1 实验
1.1 材料与仪器
槐米(购于海南源安隆药品超市连锁有限公司);芦丁标准品(中国药品生物制品检定所);TU-1810紫外分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司);DZF型真空干燥箱(上海精宏实验设备有限公司)。
1.2 实验方法
1.2.1 原料处理
槐米,放入烘箱60℃烘干至恒重,粉碎过60目筛备用。
1.2.2 双水相萃取过程
(1)将异丙醇和硫酸铵配成一定浓度的浓溶液;
(2)在30℃下,取一定的槐米粉置于烧杯中,加入一定体积的成相物质浓溶液,用磁力搅拌器萃取一定时间,静置10 min,使其分相;
(3)取样分析上下相中芦丁的含量,根据与标准样品吸光度值的对照计算上下相中芦丁的浓度,计算分配系数K。
式中:ρ上,ρ下———上、下相溶液中总黄酮的质量浓度,mg·L-1
1.2.3 总黄酮含量的测定
标准储备液的制备精确称取干燥至恒重的芦丁标准品5.0 mg置于50 m L的容量瓶中,加入异丙醇溶解并定容配成浓度为0.1 mg/L的芦丁标准溶液。
标准曲线的制作精确量取芦丁标准溶液0.0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 m L分别置于10 m L的容量瓶中,加入异丙醇溶液使各体积至5.0 m L,分别加入5%亚硝酸钠溶液0.5 m L,摇匀放置5 min,再分别加入10%硝酸铝溶液0.5 m L,摇匀放置5 min,最后分别加入10.0 mol/L的氢氧化钠溶液3 m L,用异丙醇溶液定容至刻度,摇匀,放置15 min。在510 nm波长测定其吸光度,以吸光度-浓度作图并进行回归,得回归方程为y=0.00831x+0.0006。
1.2.4 萃取条件的选择对分配系数的影响
异丙醇的质量、硫酸铵的质量、水的质量和槐米的加入量进行了考察研究,确定萃取条件。
2 结果与讨论
2.1 异丙醇质量对分配系数的影响
分配系数K随异丙醇质量的变化关系如图1所示。
从图1可知,对于同一初始值都相同的条件下,分配系数K和随异丙醇质量的增加而先增大后减小。这是因为初始值相同时,异丙醇的质量增大,分相能力增大,芦丁在异丙醇中的溶解量增大,故分配系数K增大。随着异丙醇质量的进一步增大,高浓度的异丙醇会引起槐米中多糖、蛋白质等大分子物质的沉淀,从而使芦丁产生沉淀,导致分配系数减小。故最佳的异丙醇质量为18 g。
2.2 硫酸铵质量对分配系数的影响
分配系数K随硫酸铵质量的变化关系如图2所示。
从图2可知,对于同一初始质量的异丙醇,分配系数K都随硫酸铵质量的增大而增大。这是因为异丙醇的初始质量相同时,硫酸铵质量增大,分相能力也就增大,但当硫酸铵质量超过11.5 g后,分相困难,分相时间延长。故硫酸铵的最佳质量为11.5 g[4]。
2.3 水的质量对分配系数的影响
水的变化会使体系的成相行为改变,进而影响两相中的分配。实验结果见图3所示。
从图3可知,对于同一初始质量的异丙醇和硫酸铵的条件下,分配系数K随水的质量的增加而先增大后减小。这是因为初始值相同时,水的质量增大,分相能力也增大,随着水质量的进一步增大,溶于水中的芦丁含量增加从而使芦丁溶于醇中含量相对减少,导致上下相中芦丁的含量反而降低。故确定最佳的水质量为27 g。
2.4 槐米质量对分配系数的影响
分配系数K随槐米质量的变化关系如图4所示。
由图4可以看出,对于同一初始质量的异丙醇、硫酸铵、水和槐米,分配系数K都随槐米质量的增大而增大。这是因为其他条件初始质量相同时,槐米质量增大,芦丁浓度增大,两相可萃取出芦丁越多,但当槐米质量超过1 g后,异丙醇相达到萃取饱和,K减小。故槐米的最佳质量为1 g。
3 结论
实验表明利用异丙醇/硫酸铵双水相体系萃取槐米中的芦丁,最大分配系数可达5.75,说明在异丙醇/硫酸铵双水相体系中芦丁大部分被分配在异丙醇相(上相)。另外,通过单因素单水平实验,考察了异丙醇质量、硫酸铵质量、水质量和槐米质量对分配系数的影响,实验结果表明,萃取条件为异丙醇质量分数为18 g,硫酸铵质量为11.5 g,水质量27 g,槐米质量为1 g时,提取率为21.7%,含量为94.8%。
双水相萃取技术[5]是一种新开发的提取分离方法,通过以上研究分析可以看出,与传统的有机溶剂萃取法相比,双水相体系具有分相速度快,使用温度低,易于操作等特点,且所使用的异丙醇及盐类对人体及环境无毒害,萃取率高,溶剂可以循环利用,这不仅可以降低成本,而且有利于环保,为槐米中芦丁分离纯化的一种有效方法。
参考文献
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双水相体系萃取 篇2
双水相体系逆流色谱技术在蛋白质分离中的应用
双水相体系逆流色谱技术结合了逆流色谱的高效率、高制备量以及双水相体系适于蛋白质分离的特点,且避免了由固体分离介质可能引起的不可逆吸附、失活和变性等问题,因此在蛋白质的分离方面具有独特的.应用价值.就双水相逆流色谱技术和相关仪器的发展,以及近年来在蛋白质分离方面的应用进行了较为详细的综述,并对在此基础上发展起来的一些新型逆流色谱分离技术进行了介绍.
作 者：李挺 曹学丽 董银卯 LI Ting CAO Xue-li DONG Yin-mao 作者单位：北京工商大学化学与环境工程学院北京市植物资源研究开发重点实验室,北京,100037刊 名：中国生物工程杂志 ISTIC PKU英文刊名：CHINA BIOTECHNOLOGY年，卷(期)：26(2)分类号：Q814.1关键词：双水相体系 逆流色谱 蛋白质 分离
双水相萃取技术研究进展 篇3
1 双水相萃取原理
双水相萃取与水-有机相萃取的原理相似,都是依据物质在两相间的选择性分配,但萃取体系的性质不同。当物质进入双水相体系后,由于表面性质、电荷作用和各种力(如憎水键、氢键和离子键等)的存在和环境的影响,使其在上、下相中的浓度不同。对于某一物质,只要选择合适的双水相体系,控制一定的条件,就可以得到合适的分配系数,从而达到分离纯化之目的。
2 双水相萃取体系的特点[1]
1)整个体系的含水量高(70%~90%),萃取是在接近生物物质生理环境的条件下进行,故而不会引起生物活性物质失活或变性;
2)单级分离提纯效率高。通过选择适当的双水相体系,一般可获得较大的分配系数,也可调节被分离组分在两相中的分配系数,使目标产物有较高的收率;
3)传质速率快,分相时间短。双水相体系中两相的含水量一般都在80%左右,界面张力远低于水-有机溶剂两相体系,故传质过程和平衡过程快速;
4)操作条件温和,所需设备简单。整个操作过程在室温下进行,相分离过程非常温和,分相时间短。大量杂质能与所有固体物质一起去掉,大大简化分离操作过程;
5)过程易于放大和进行连续化操作。双水相萃取易于放大,各种参数可以按比例放大而产物收率并不降低,易于与后续提纯工序直接相连接,无需进行特殊处理,这对于工业生产来说尤其有利;
6)不存在有机溶剂残留问题,高聚物一般是不挥发性物质,因而操作环境对人体无害;
7)双水相萃取处理容量大,能耗低。主要成本消耗在聚合物的使用上,而聚合物可以循环使用,因此生产成本较低;
3 双水相萃取相关理论的发展
虽然双水相萃取技术在应用方面取得了很大进展,但目前这些工作几乎都只是建立在实验数据的基础上,至今还没有一套比较完善的理论来解释物质在体系中的分配机理。
1955年由Albertson首先利用两水相技术分离生物分子,他主要研究了PEG/Dex系统和PEG/(NH4)2SO4系统在分离提纯中的应用。在随后的几十年中,这项技术有了长足的发展。在双水相的分离模型研究中,主要提出了两类模型[2,3],Edmond等人提出的渗透维里模型,即Edmond-bgston方程;Flory和Huggins根据热力学的基本原理提出Flory-Huggins晶格模型。前者在预测聚合物的成相行为和蛋白质的分配上有较高的准确度,后者在粒子的能量概念上可以很好地拟合实验数据。自20世纪80年代中期以来,各国学者开展了进一步的研究工作,各类用于计算生物物质在双水相系统分配系数的模型也时有报道,诸如Baskir晶体吸附模型[4]、Hayne模型、Pitzer模型[5]、Grossman自由体积模型等,但结果均难以令人满意。1989年,Diamond等[6]以Flory-Huggins理论为基础,用把相间电势表达为上下相浓度差的二次函数来关联分配系数的方法,提出了能对肽和蛋白质在聚合物/聚合物/水体系的分配系数很好关联的Diamond-Hsu模型。此后,针对用该模型计算蛋白质在聚合物/盐两水相系统中的分配系数时精确度不高的缺点,Diamond等提出了改进的Diamond-Hsu模型,进一步提高了Diamond-Hsu模型的精确度和普适性。Pessoa等[7]通过引入对聚合物水溶性和预分离物质(氨基酸、肽、蛋白质)的水化壳进行描述的因子得到了Flory-Huggins改进模型,此模型很好地模拟了73种由PEG/Dex组成的双水相体系的相平衡和分配系数。
4 双水相萃取技术的应用进展
4.1 在生物工程中的应用
双水相技术作为一种生化分离技术,由于其条件温和,易操作,可调节因素多,并可借助传统溶剂萃取的成功经验,而被认为是一种生物下游工程初步分离的单元操作。
Babu[8]等用18%的PEG1500与14%的磷酸盐组成的双水相从菠萝中萃取菠萝蛋白酶和多酚氧化酶,菠萝蛋白的纯化倍数为4.0,酶活回收率达到228%,而多酚氧化酶的纯化倍数为2.07,酶活回收率达到90%。Chethana[9]等用PEG6000与(NH4)2SO4组成的双水相从甜菜根中萃取甜菜色素,70%~75%甜菜色素被萃取到上相,90%以上的糖类被萃取到下相。Harve和Bajpai[10]利用PEG/Dex双水相系统分离纯化了假单胞杆菌胞内的立体专一性酒石酸脱氢酶。Duarte等[11]采用16%的PEG6000和8%的磷酸盐组成的双水相系统从三种不同的微生物中纯化碱性木聚糖酶。Sarote等[12]利用80%的PEG及15%的(NH4)2SO4组成的双水相体系从木瓜乳浆中萃取出高纯度的木瓜蛋白酶。Chia-Kai Su[13]在室温以及PH=10的条件下,利用16.1%的PEG和12%的硫酸盐,0.5mol/L高氯酸钠组成的双水相体系成功地从鸡蛋蛋清中分离出高纯度的溶解酵素。Louwrer[14]用乙醇/磷酸氢二钾体系萃取分离BSA,α-酪蛋白,核糖核酸酶等生物物质。张兰威等[15]运用20%的PEG1000和25%的Mg SO4组成的双水相从风干香肠中分离提取蛋白酶,最高酶活12.37U/μg,纯化倍数为4.61,回收率为85%。张佰鹏等[16]采用12.0%的PEG、13.3%的(NH4)2SO4和0.003%的Na Cl组成的双水相萃取α-淀粉酶抑制剂,分配系数为4.40,酶活回收率为71.41%。
4.2 在发酵工程中的应用
由于发酵液中成分比较复杂,目标产物含量低,而传统的分离纯化方法步骤繁琐,导致产品回收率低,成本居高不下。目前国内外已经有利用双水相休系从发酵液萃取分离目标产物的报道和研究,并取得了一些成绩。
Pan等[17]利用PEG1500/Na H2PO4体系从Trichoderma koningii发酵液中分离纯化β-木糖苷酶,该酶主要分配在下相,下相酶活回收率96.3%,纯化倍数33。Maria等[18]利用PEGl000/Na H2PO4体系从Fusarium solanipisi发酵液中分离纯化角质酶,该酶主要分配在上相,酶活回收率91%,纯化倍数4.1。Mirjana[19]利用PEG4000/Dex体系从Polyporus squamosus发酵液中分离果胶酶,该酶主要分配在上相,酶活回收率80.2%,纯化倍数2.45。Martinha[20]利用PEG8000/(NH4)2SO4体系从Kluyveromyces marxianus发酵液中分离胞外多聚半乳糖醛酸酶,该酶主要分配在上相,酶活回收率91%,纯化倍数19。冯菁等[21]采用8%的PEG4000、13%的Na2SO4和6%Na Cl组成的双水相直接从重组巴氏毕赤酵母发酵上清液中分离人溶菌酶,双水相萃取率达到96.63%,纯化因子为6.5。黄瑛等[22]采用10%的PEG 2000、15%的磷酸盐和1%的Na Cl组成的双水相系统从洋葱假单细胞G-63发酵粗酶液中提取脂肪酶,当系统的PH为8.0时,分配系数4.36,纯化因子3.98,脂肪酶的回收率达到87.25%。
4.3 在药物方面的应用
薛珺等[23]采用PEG800与吐温80组合表面活性剂、硫酸铵、水形成双水相体系萃取芦丁,芦丁在该双水相体系的平均萃取率为95.0%。谢涛等[24]利用PEG4000/K2HPO4组成的双水相体系从三七中萃取三七皂苷,三七总皂苷的分配系数为14.2,回收率为96%;赵爱丽等[25]利用26%的PEG6000与18%的K2HPO4组成的双水相体系分离纯化黄苓苷,黄苓苷的分配系数达到29.8,收率达到98.6%。石慧等[26]利用25%PEG400、12%(NH4)2SO4和3%Na Cl组成的双水相体系从加杨叶萃取液中萃取加杨叶总黄酮,萃取率达到95%以上。朱自强等[27]用8%的PEG2000与20%的(NH4)2SO4组成的双水相系统直接处理青霉素G发酵液,分配系数高达58.39,浓缩倍数为3.53,回收率为93.67%,青霉素G对糖的分离因子和对杂蛋白的分离因子分别为13.36和21.9。
4.4 在金属分离及络合物中的应用
双水相还可用于稀有金属/贵金属分离,传统的溶剂萃取方法存在着溶剂污染环境,对人体有害,运行成本高,工艺复杂等缺点。双水相技术萃取技术引入到该领域,无疑是金属分离的一种新技术。在聚乙二醇2000/硫酸按/偶氮肿(Ⅲ)双水相体系中,实现了Ti(Ⅳ)与Zr(IV)的分离[28];在聚乙二醇2000/硫酸钠/硫氰酸钾双水相体系中,实现了Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Mo(Ⅵ)等金属离子的定量分离[29]。在聚乙二醇/硫酸钠双水相体系中,实现了从碱性氰化液中萃取分离金[30]。在溴化钾/乙醇/硫酸铵双水相体系中,实现了Au B与Al B、Ni A、Mn A、Cr B、Co A、Fe B、Zn A、Cu A、Mo E、UC的分离[31]。在聚乙二醇2000/邻苯二酚紫/硫酸钠体系中,实现了铍的萃取[32]。在硫酸铵/乙醇/溴化十六烷基三甲铵中,能够使Bi(Ⅲ)与常见离子Mn(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)、Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、AI(Ⅲ)等完全分离[33]。在聚乙二醇/硫酸铵/铬天青S体系中,实现了La(Ⅲ)与T(Ⅳ)之间的分离[34]。
5 双水相技术的发展趋势
5.1 廉价新型双水相系统的开发
目前双水相萃取技术走向工业化所需解决的最大问题是构成双水相成相系统组分的价格十分昂贵。为了解决这个问题,国内外进行了大量的研究,一方面用廉价的无机盐代替以往常用的昂贵的葡聚糖。硫酸钠、硫酸镁、碳酸钾等盐与PEG形成的双水相系统现已经大量用于萃取操作;另一方面开发可替代聚乙二醇和葡聚糖的高聚物。变性淀粉PPT、阿拉伯树胶、Reppa/PES的淀粉衍生物、Pulluan的微生物多糖、糊精、麦芽糖糊精、乙基羟乙基纤维素等取代葡聚糖,乙醇、异丙醇、丙酮、四氢呋喃、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羟基纤维素等替代PEG,均取得阶段性的成果。
此外,有利用临界胶束浓度下表面活性剂的特异自组织行为及良好的稳定性形成的ATPS,此类ATPS分相依据的是胶束的形成,包括由非离子型表面活性剂组成的ATPS和由离子型表面活性剂组成的ATPS。这些由表面活性剂组成的ATPS与传统ATPS相比有含水量更高,两相更容易分离,表面活性剂用量很少且可循环利用等独特的优点。
5.2 亲和双水相萃取技术
亲和吸附具有专一性强,分离效率高等特点。利用其特点,将亲和吸附与双水相萃取技术相结合,即对成相聚合物进行化学修饰。该体系不仅具有萃取系统处理量大、放大简单等优点,而且具有亲和吸附专一性强、分离效率高的特点。
5.3 生物转化与双水相萃取技术相结合
在生物转化过程中,随着转化的产物量的增加,常会抑制生化过程的进行。因此,及时移走产物是生化反应中的主要问题之一。将双水相系统与生物转化相结合,形成双水相生物转化,解决了生物转化过程中存在的产物抑制以及生物催化剂回收利用两方面的问题,为生物转化赋予了新的内涵。
5.4 双水相萃取与膜分离相结合
利用中空纤维膜传质面积大的特点,将膜分离与双水相萃取相结合,可以大大加快萃取传质速率。利用膜将双水相体系隔开,可解决双水相萃取的乳化和生物活性物质在界面的吸附问题。因此,将膜分离同双水相萃取技术相结合,是解决双水相体系易乳化问题及加快萃取速率的有利手段。
5.5 双水相萃取与细胞破碎过程相结合
利用高速珠磨机为设备,将细胞破碎和双水相萃取同时在珠磨机内进行。由于珠磨机内有良好的混合条件,PEG、无机盐和水得到充分混合,形成均匀的双水相分散体系。经过珠磨机加工的匀浆直接用离心机分相,细胞碎片分配在下相,胞内产物分配在上相。这种方法不仅节省了萃取设备和时间,而且由于双水相对很多蛋白质具有保持活性的特点,可以避免胞内产物的损失。
5.6 双水相电泳
双水相电泳技术就是电泳技术与萃取技术交叉藕合形成的一种新型分离技术,该技术是在多液相状态,既可以克服对流(返混)的不利影响,又有利于被分离组分的移出。
此外,国内外又相继开展了微重力双水相萃取、高速逆流双水相分配、双水相电萃取、温度诱导相分离双水相萃取等新技术的研究。
6 双水相萃取技术的局限和未来展望[1]
目前,双水相萃取技术已被研究用于众多生物产品的分离提纯,并显示出众多其他分离技术不具备的优点,是一种应用前景广阔的新型生物分离技术。但是,要将这一技术开发应用到大规模生产过程,还有许多理论和实践方面的技术问题有待解决。主要表现在如下几个方面:
1)聚合物/聚合物构成的双水相体系具有良好的分离性能,但用于构造双水相体系的成相聚合物的价格都比较昂贵,对于一般的生物产品,分离成本过高,从经济上是不合理的。
2)虽然通过选择适宜的双水相体系和操作条件,可获得被分离物质在两相间较大的分配系数和较高的纯化倍数,但目标产物与成相物质的分离比较困难。
3)双水相体系界面张力较小,虽有利于提高传质效率,但是较小的界面张力会易导致乳化现象的产生,使相分离时间延长,分离效率降低。
4)双水相体系中组分间的作用非常复杂,目前没有建立一套较为完整的理论和方法解释和预测物质在双水相体系中的相行为和被分配物质在两相中的分配行为。
5)缺乏对双水相过程的工程放大及设备方面的研究,在体系流体力学,相际间的传质,传递过程方面研究很少。研究的方法基本上还是通过实验的方法,研究的结果只是建立在实验的基础上,大部分情况下不能外延,缺乏对过程规律的认识。
6)对双水相萃取工艺整体的集成优化研究还不足,对分离过程中产生的大量含成相物质的稀溶液,还没有找到一条科学合理的利用及处理途径,大量含盐或含成相组分的废水溶液难于回收及处理。
随着生物技术的发展,必将促进双水相萃取体系的完善,包括新萃取体系的开发[35,36,37]、工艺优化、萃取剂回收、体系分相技术、萃取设备和基础理论研究等。从而更显示出双水相分离技术在生物物质分离的独特优点。
摘要：双水相萃取技术作为一项新的分离技术日益受到重视,它与传统的萃取方法相比有独特的优点。本文综述了双水相萃取技术基本原理、特点、应用及热力学模型,并对双水相萃取技术存在的问题和发展趋势作了论述。
关键词：双水相萃取,分离纯化,生物物质
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双水相萃取技术研究进展 篇4
关键词：生物技术,分离技术,双水相萃取
1896年Beijerineh最早发现了双水相萃取, 1956年瑞典伦德大学的Albertsson[1]重新发现, 1979年德国的Kula等[2]将双水相萃取分离技术应用于生物产品的分离。双水相萃取具有分相时间短, 易于操作, 投资费用少, 大多数形成双水相的高聚物可回收利用等特点。并且相对于液液萃取, 双水相系统中的含水量高很多, 可达70%~90%, 不仅不会造成生物活性物质的变性或失活, 甚至还能起到稳定和保护生物活性的作用, 因此现已被广泛用于酶、蛋白质、病毒、核酸等生物产品的分离和纯化[3,4]。
1 双水相萃取技术的工艺流程[5]
主要由三部分构成:目的产物的萃取, PEG的循环, 无机盐的循环。
1.1 目的产物的萃取
原料匀浆液与PEG和无机盐在萃取器中混合, 然后进入分离器分相。通过选择合适的双水相组成, 一般使目标蛋白质分配到上相 (PEG相) , 而细胞碎片、核酸、多糖和杂蛋白等分配到下相 (富盐相) 。第二步萃取是将目标蛋白质转入富盐相, 方法是在上相中加入盐, 形成新的双水相体系, 从而将蛋白质与PEG分离, 以利于使用超滤或透析将PEG回收利用和目的产物进一步加工处理。
1.2 PEG的循环
在大规模ATPE过程中, 成相材料的回收和循环使用, 不仅可以减少废水处理的费用, 还可以节约化学试剂, 降低成本。PEG的回收有两种方法: (1) 加入盐使目标蛋白质转入富盐相来回收PEG; (2) 将PEG相通过离子交换树脂, 用洗脱剂先洗去PEG, 再洗出蛋白质。
1.3 无机盐的循环
将含无机盐相冷却, 结晶, 然后用离心机分离收集。除此之外还有电渗析法、膜分离法回收盐类或除去PEG相的盐。
2 双水相萃取技术的应用
2.1 双水相萃取技术在生物技术中的应用
双水相萃取技术最先应用的领域是生物产品的分离, 目前, 双水相萃取技术已应用于蛋白质、生物酶、菌体、细胞以及氨基酸、抗生素等生物小分子物质的分离、纯化。
彭佳黛等[6]采用PEG2000/ (NH4) 2SO4双水相系统萃取α-淀粉酶抑制剂, 研究了在双水相体系中在不同PEG2000质量分数、不同硫酸铵质量分数、不同氯化钠质量分数对从银针茶中分离纯化α-淀粉酶抑制剂的分配系数和活力回收率的影响。结果表明:α-淀粉酶抑制剂主要分配于上相, 当PEG2000的质量分数为16%, (NH4) 2SO4的质量分数为14%, Na Cl质量分数为0.0013%时, α-淀粉酶抑制剂的萃取率最大。
Chia-Kai Su[7]在室温以及p H 10的条件下, 利用16.1%的PEG和12%的硫酸盐, 0.5 mol·L-1高氯酸钠组成的双水相体系成功地从鸡蛋蛋清中分离出高纯度的溶解酵素。
刘杨等[8]以PEG/硫酸钠双水相体系, 经一次萃取从钝顶螺旋藻 (Spirulina platensis) 细胞破碎液中富集分离藻蓝蛋白。结果表明, 萃取最适宜的条件为12%PEG4000, 15%Na2SO4, 1%KCl, 藻蓝蛋白收率为91.2%, 分配系数达到8.01, 分离因数达到6.33。对于螺旋藻藻蓝蛋白的富集分离, 双水相萃取法与传统的盐析沉淀法相比, 具有节省操作时间、简化操作过程、降低能耗和成本以及易于工艺放大等优点。
Tubio等[9]研究确定了从α-胰凝乳蛋白酶 (Ch TRP) 中分离胰岛素 (TRP) 的最佳条件, 并将其应用到用聚乙二醇/柠檬酸钠 (PEG/Na Cit) 双水相体系从牛胰腺中液-液萃取胰岛素。研究发现PEG的分子量、p H和连接线长度影响TRP和Ch TRP的分离。由分子量为3 350的PEG和柠檬酸钠形成的双水相体系在p H为5.20表现为最好的分离。Na Cl的加入量达到7% (ω) 时上相/下相的体积比下降到0.1, 这导致胰腺TRP在上相的回收率达到60%, 是净化的3倍。生物质量达到总体系的25% (ω) 不影响产量和净化参数。
2.2 双水相萃取技术在药物提取中的应用
双水相萃取技术已经悄然渗透到药物成分的分离中, 如萃取三七皂苷、四环素、橙皮苷、杜仲黄酮、灯盏花素、桃叶珊瑚甙、芦荟蒽醌、青霉素等。
谢涛等[10]以PEG/K2HPO4为双水相萃取体系, 研究聚乙烯醇分子层、p H值、萃取剂等因素对萃取效果的影响。结果表明, PEG分子量为4 000, p H=4.2~5.0, 浸液与萃取剂为1∶2, PEG与K2HPO4质量比为1∶1时, 三七总皂在上两相的分配系数为14.2, 回收率为96%。
高云涛等[11]研究了灯盏花素在丙醇-硫酸铵双水相体系中的分配行为, 重点对双水相的形成、硫酸铵用量和初始p H值对分配比的影响进行了研究。在盐水相、丙醇初始体积分别为10.0 m L和4.0 m L, 硫酸铵用量为3.5 g, 初始p H为4.08条件下, 灯盏花素的最大分配比达107.5, 相应的萃取率达97.7%.在实验基础上建立了相应的“二元弱酸”分配模型。
毕鹏禹等[12]研究了双水相浮选过程中青霉素的分离行为。在常温下, 2.5 g/L青霉素水溶液300 m L、初始p H 7、 (NH4) 2SO4浓度350 g/L、浮选溶剂为50% (ω) PEG1000水溶液10 m L条件下, 分别研究了青霉素在双水相浮选过程中的动力学行为和分离后的赋存状态。3种通气流速条件下的动力学研究结果表明, 青霉素分离过程存在两个阶段, 分别是沉淀浮选阶段和分子吸附浮选阶段, 两个阶段均遵守一级动力学;双水相浮选中有机相的红外差谱表明, 青霉素以离子形态直接溶解于聚乙二醇相, 这是双水相浮选分离效率明显高于传统萃取技术的根本原因。
曾小军等[13]利用双水相体系萃取分离芦荟中的蒽醌, 高效液相法直接测定。萃取分离蒽醌的最佳双水相体系是PEG400/ (NH4) 2SO4质量比1∶1, 体积比1∶2, p H=9, 温度50℃。萃取率大于 (90%以上) 操作简便等优点。该方法的相对标准偏差 (RSD) <0.31% (n=5) , 具有良好的精密度和重现性为蒽醌萃取分离的提供了一种有效方法。
2.3 双水相萃取技术在金属离子分离中的应用
传统的金属离子溶剂萃取方法存在着溶剂污染环境、对人体有害、运行成本高、工艺复杂等缺点。近年来, 利用双水相技术萃取分离金属离子达到了较高的水平。
Silva等[14]在磷酸钾与高分子-聚氧化乙烯 (1 500 g·mol-1) 和三嵌段共聚物PEO (聚氧化乙烯) -PPO (聚环氧丙烷) -PEO构成的双水相体系中研究[Fe (CN) 5 (NO) ]2-和[Fe (CN) 6]3-阴离子的分离现象。实验使用了疏水性不同的两种共聚物, L35 (50%环氧乙烷, 1 900 g·mol-1) 和F68 (80%环氧乙烷, 8 400 g·mol-1) 。研究了温度、连接线长度、相的疏水性函数在每个双水相体系中[Fe (CN) 5 (NO) ]2-和[Fe (CN) 6]3-阴离子的分配系数。比较阴离子的分配系数的大小L35<F68<PEO。随着温度的升高, 阴离子的分配系数降低, 表明分离过程是放热过程。热力学参数由Van't Hoff方程获得, 热量计的测量表明阴离子转移到上相是由于热焓的作用。
张星刚等[15]采用聚乙二醇/无水硫酸钠双水相体系萃取光度法测定锌, 结果表明, 当PEG2000溶液用量为4.5 m L、缓冲溶液p H值为7.4时, 萃取率最高。还通过研究二苯碳酰二肼 (DPC) -铬 (Ⅵ) 配合物在PEG2000/Na2SO4双水相体系中的显色和萃取分离条件, 建立了集萃取分离和Cr6+测定于一身的双水相萃取光度分析方法。结果表明, PEG2000溶液用量为4.0~6.0 m L、Na2SO4用量为1.2 g、DPC用量为0.5 m L时, 效果最佳。
杜惠蓉[16]研究了在硫酸铵存在下, 5-Br-PADAP乙醇体系中Ru (Ⅲ) 、Pd (Ⅱ) 的萃取行为以及乙醇溶液的分相条件, 讨论了影响萃取率的各种因素, 实验表明:85℃水浴中, p H为5.5~6.5内, 该体系中Ru (Ⅲ) 可完全被乙醇相萃取, 但室温下, p H为1.0~7.0内, Pd (Ⅱ) 萃取率可达100%, 而Ru (Ⅲ) 不能被萃取, 因此可实现Ru (Ⅲ) 、Pd (Ⅱ) 混合离子的定量分离, 同时建立了钌的测定方法.p H 5.80时, 乙醇相中Ru (Ⅲ) -5-Br-PADAP配合物的表观摩尔吸光系数约为1.081×105L·mol-1·cm-1, Ru (Ⅲ) 含量在0~8.00μg/10 m L内符合比尔定律, 检出限为0.012μg/m L。该法用于混合样中钌的分离测定, 结果满意。
许虹[17]研究了在硫酸铵存在下, 3, 5-二溴水杨基荧光酮-乙醇体系萃取分离钨 (Ⅵ) 的行为。实验表明, 作为萃取溶剂的乙醇, 既能萃取电中性的螯合物, 又能萃取带电荷的螯合物。在p H为1~6时, W (Ⅵ) 均保持很高的萃取率。控制一定的酸度, 可以实现W (Ⅵ) 与Fe (Ⅲ) 、Cu (Ⅱ) 、Co (Ⅱ) 、Ni (Ⅱ) 、Mn (Ⅱ) 、Zn (Ⅱ) 之间的分离
吴艳平等[18]在含有一定浓度硫酸铵的条件下, 乙醇水溶液能形成盐水与乙醇液-液两相, 研究了Mo (Ⅵ) 与3, 5-二溴水杨基荧光酮 (DBSAF) 形成的配合物在乙醇盐水萃取体系液-液两相中的分配行为。试验表明, 在p H 1~6范围内, 硫酸铵浓度为350 g·L-1, 试液中乙醇与水的体积比为3, 7.1×10-4mol·L-1DBSAF溶液加入量为2 m L及试液总体积为10 m L的条件下, Mo (Ⅵ) 均保持很高的萃取率, 用控制酸度的方法实现了Mo (Ⅵ) 与常见过渡元素离子Co (Ⅱ) 、Zn (Ⅱ) 、Ni (Ⅱ) 、Cu (Ⅱ) 、Mn (Ⅱ) 、Fe (Ⅲ) 、W (Ⅵ) 的定量分离, 试验了钼 (Ⅵ) 与上述各共存离子的分离, 钼 (Ⅵ) 的萃取率均大于97%, 而其他共存离子的萃取率均小于5%。
2.4 双水相萃取与其它技术结合应用
双水相萃取技术有其独有的优点, 如能与其它技术结合应用, 萃取分离效果更佳。双水相萃取技术与超声波、微波、壳聚糖沉淀相结合应用的研究已经比较成熟, 其中与超声波分离技术结合应用得最多。
滕毅等[19]研究超声波耦合乙醇-磷酸氢二钾双水相萃取技术用于提取密蒙花黄色素, 通过正交实验考察了乙醇浓度、超声时间、超声波功率对提取率的影响。结果表明, 影响密蒙黄提取率的因素显著性顺序为乙醇浓度>超声波功率>超声时间, 最佳提取条件为:乙醇浓度50%、超声提取时间20 min、超声波功率500 W;在此工艺条件下, 密蒙黄的萃取率达到27.11%。
曾云龙等[20]采用微波辅助乙醇-磷酸氢二钾双水相体系从黄姜中提取总皂苷。以正交实验法研究了提取条件对总皂苷提取率的影响, 确定了最佳提取条件:黄姜粉末颗粒大小为80目, 微波功率为390 W, 微波辐射时间为5 min。在最佳条件下, 总皂苷提取率达13.32%。
3 结论与展望
双水相体系萃取 篇5
双水相萃取技术(aqueous two-phase extraction,ATPE)是将两种化学结构不同的亲水性聚合物或聚合物和无机盐在水中形成互不相溶的两相,依据物质在两相间的选择性分配达到分离目标物质的目的[9]。作为一种新型的生物化工分离技术,与一般的溶剂萃取相比,双水相萃取技术有如下优点:两相的溶剂都是水,萃取产品中没有有机溶剂的残留,能够在常温常压下进行操作;两相分相时间短,特别是聚合物-盐系统,自然分相时间一般只需要10min左右;对目标产物具有较高的萃取率;体系具有生物适应性,双水相中的高聚物及某些无机盐不会引起原料中的生物活性物质失活或变性,有时还能够保护这些生物活性物质。该技术已被广泛应用于生物化学、细胞生物学和生物化工等领域[10,11]。
本文研究应用聚乙二醇与硫酸铵形成的双水相体系,从竹叶水提液中提取分离竹叶黄酮,并使用曲面响应法对双水相萃取法提取竹叶黄酮的工艺进行优化。
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
试剂:竹叶采自安吉;竹叶黄酮水提溶液中竹叶总黄酮纯度为16.6%(晒干竹叶加入9倍质量的水,热回流提取1h,过滤取滤液浓缩至3倍干叶质量)。硝酸铝、亚硝酸钠、硫酸铵、氯化钠、盐酸、无水乙醇、PEG 400、PEG 600、PEG 1000、PEG 1500、PEG 4000等均为分析纯试剂。
仪器:755B型紫外可见分光光度计(上海精科实业有限公司)。
1.2 实验方法
1.2.1 分光光度法测定竹叶黄酮的浓度
采用药典中的“NaNO2-Al(NO3)3-NaOH”体系来测定黄酮浓度。分别移取0.202 mg·mL-1芦丁标准液3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0 mL于25mL的容量瓶中,依次加入0.7 mL的5%亚硝酸钠,0.7mL的10%硝酸铝,以及5 mL的4.3%氢氧化钠溶液,用30%乙醇稀释至刻度,于510nm处测定吸光度,绘制芦丁的标准曲线。
竹叶黄酮的萃取率(%)按以下公式计算
式中:m1为产品中黄酮质量(g),m2为原液中黄酮质量(g)。
1.2.2 PEG/(NH4)2SO4双水相体系相图的绘制
在20℃下,根据Albertsson浊点法[12]绘制由不同平均相对分子质量的PEG和(NH4)2SO4形成的各体系相图。取2.0g 20%PEG400溶液,定量滴加20%(NH4)2SO4溶液直至混合溶液出现浑浊状态,此时溶液体系形成不溶的两相。根据公式(2)和(3)计算PEG400和(NH4)2SO4在体系中的质量分数,即为相图中的一个相点。
式中:a(g)为某单相点时硫酸铵在系统中的总质量;b(g)为某单相点时PEG400在系统中的总质量;c(g)为某单相点时水在系统中的总质量;X(%)为某单相点时硫酸铵的质量分数;Y(%)为某单相点时PEG400的质量分数。在此基础上,加入适量蒸馏水,使体系重新恢复为单相状态,继续加入(NH4)2SO4原液,使溶液再次变混浊,计算并绘制此时的相点。如此反复操作,能够得到PEG400和(NH4)2SO4的双节线相图[13,14]。
其他相对分子质量的PEG和(NH4)2SO4组成的双水相体系相图的绘制方法相同。
1.2.3 竹叶黄酮的提取工艺确定
1.2.3. 1 单因素实验
通过单因素实验考察了PEG平均相对分子质量、PEG和(NH4)2SO4的质量分数、体系pH值、NaCl质量分数、原液质量分数、萃取温度对竹叶黄酮的萃取率的影响。
1.2.3. 2 Box-Behnken法优化实验
在单因素实验的基础上选择pH值、NaCl质量分数以及原液质量分数这3个因素作为自变量,使用Box-Behnken响应面法对萃取条件进行优化。实验设计方案如表1所示。
2 结果与讨论
2.1 PEG/(NH4)2SO4双水相体系相图
图1为20℃下5种不同平均相对分子质量的PEG和(NH4)2SO4组成的双水相系统的相图。相图中的曲线为临界区,曲线上方的区域为两相区,曲线的下方为均相区[13,14]。如图1所示在PEG质量分数(ρ)确定的条件下,其平均相对分子质量越大,水溶性越差,形成双水相体系时所需的硫酸铵质量分数越低。
2.2 PEG/(NH4)2SO4双水相体系的建立
2.2.1 PEG平均相对分子质量的选择
根据图1,分别选择质量分数均为20%的PEG400、PEG600、PEG1000、PEG1500、PEG4000和质量分数为20%的(NH4)2SO4组成双水相体系萃取竹叶黄酮。实验结果表明竹叶黄酮萃取率随着PEG平均相对分子质量增大而下降。这可能是因为平均相对分子质量大的PEG能够引起双水相体系粘度增大,从而影响传质导致竹叶黄酮萃取率下降。而且平均相对分子质量越低的PEG,水溶性越好,有利于两相体系的稳定。因此选用PEG400进行下一步实验。
2.2.2 PEG和(NH4)2SO4的质量分数的选择
在(NH4)2SO4质量分数固定为20%的条件下,选择不同质量分数的PEG 400和(NH4)2SO4组成双水相体系,考察PEG400质量分数对竹叶黄酮萃取率的影响。结果显示,随着PEG 400质量分数增大,竹叶黄酮萃取率随之升高,在31%PEG 400时达到最大值。当PEG 400质量分数超过31%时,两相体系出现(NH4)2SO4不能完全溶解的现象。所以PEG 400质量分数选择为31%。
在PEG400的质量分数确定为31%的条件下,考察不同质量分数的(NH4)2SO4对双水相萃取竹叶黄酮的影响。由于在(NH4)2SO4质量分数小于11%时,溶剂体系不能形成两相,所以选择11%作为(NH4)2SO4质量分数的临界点。结果显示:(NH4)2SO4质量分数为11%时,竹叶黄酮的萃取率最高,(NH4)2SO4质量分数增加时,竹叶黄酮萃取率反而下降。因此,(NH4)2SO4的质量分数选择为11%。
2.3 单因素考察
2.3.1 pH值对萃取率的影响
在20℃,31%PEG 400和11%(NH4)2SO4组成双水相体系条件下,调节体系pH值,考察体系酸度对竹叶黄酮萃取率的影响。在pH<1.5时,溶液体系为单相,pH>7.0时,(NH4)2SO4易水解,释放出氨气[15],所以选择pH 2.0~7.0范围内考察溶液酸度对双水相体系萃取竹叶黄酮的影响。结果表明:pH值为4.0时,竹叶黄酮的萃取率最高,所以双水相体系的最适pH选择为4.0。
2.3.2 NaCl质量分数对萃取率的影响
双水相系统中的盐浓度对竹叶黄酮萃取率有很大的影响,无机盐的加入能够缩短分相时间从而影响萃取过程,而且盐能够影响双水相两相间的电位差、相体积比和两相中成相物质的组成。在PEG400质量分数选择为31%,(NH4)2SO4质量分数选择为11%,体系pH值为4.0,温度20℃条件下,考察NaCl质量分数对双水相体系萃取竹叶黄酮的影响。实验结果显示:当NaCl添加量达到0.7%时,竹叶黄酮萃取率最高;NaCl质量分数超过0.7%时,竹叶黄酮萃取率下降。这可能是由于加入的NaCl过多导致盐析现象的出现,竹叶黄酮随着盐从两相体系中一齐沉淀出来。因此,NaCl质量分数选择为0.7%。
2.3.3 原液质量分数对萃取率的影响
在双水相体系萃取竹叶黄酮时,原液质量分数是影响萃取结果的重要因素。在以上获得的最优条件下,研究原液质量分数对双水相体系萃取竹叶黄酮的影响。结果显示:原液质量分数为50%时,竹叶黄酮萃取率达到最高,当原液质量分数超过50%时萃取率变化不大。因此从萃取时的成本核算考虑,确定最佳粗提液质量分数为50%。
2.3.4 萃取温度对萃取率的影响
温度对PEG在水中的溶解度影响较大,因此萃取温度也是影响双水相体系萃取竹叶黄酮的因素。在获得的优化条件下,研究了萃取温度对萃取结果的影响。结果显示:随着温度的升高,相分离速度加快,竹叶黄酮萃取率随之逐渐降低。而且常温下竹叶黄酮不会发生失活或变性,体系两相容易分离。所以选择在常温20℃时对竹叶黄酮进行萃取。
2.4 曲面响应法对双水相萃取法提取竹叶黄酮工艺的优化
实验设计及结果见表2。萃取温度为20℃,PEG400质量分数为31%,(NH4)2SO4的质量分数选择为11%。
根据表2的实验结果,得到竹叶黄酮纯度对编码自变量pH值、NaCl质量分数和原液质量分数的二次多元回归方程式:
从表3可见,PModel<0.000 1,同时变异率CV很低(6.8%),说明本实验有较高的精确度和稳定性,且信噪比很高。校正决定系数R2Adj很高,亦表示该模型具有很高的显著性和精确度。因此,该模型能够预测各因素对竹叶黄酮萃取率的影响。由表3还可以看出,各因素中x1、x3、x1x2、x2x3、x12、x22、x32都是显著的。回归方程相关系数R2=0.9991,说明响应值(此处为萃取率)的变化有99.91%来源于所选变量。因此,回归方程可以较好地描述各因素与响应值之间的真实关系。
图2为直观反映各因子交互作用的响应面的3D分析图,等高线为近圆形表示两因素交互作用不显著,而椭圆形则表示交互作用显著。图2(a)中显示pH值和NaCl质量分数过小或过大都可能导致竹叶黄酮萃取率的下降。图2(b)中显示随着原液质量分数的提高,竹叶黄酮的萃取率在上升,而pH值过小或过大都可能导致竹叶黄酮萃取率的下降。图2(c)随着原液质量分数的提高,竹叶黄酮的萃取率在上升,而NaCl质量分数过小或过大都可能导致竹叶黄酮萃取率的下降。
双水相萃取法提取竹叶黄酮的最优3个提取条件为:pH 3.88,NaCl质量分数0.72%,原液质量分数为51.54%,在此条件下的最佳理论竹叶黄酮纯度的萃取率为98.24%。为了验证响应面法的可行性,采用优化后得到的最优提取条件进行3次验证实验,实际竹叶黄酮平均萃取率为97.8%,与理论值相差0.44%。因此,响应面法对提取条件进行优化是可行的,得到的竹叶黄酮萃取条件具有实际应用价值。
3 结论
双水相体系萃取 篇6
练萍[3]等报道了运用聚乙二醇( PEG 1000)-聚乙烯吡咯烷酮(PVP 30000)组合表面活性剂-硫酸铵双水相体系萃取分离桑叶中的芦丁;李蕾等[4]建立了PEG-(NH4)2SO4-水-双水相体系萃取方法测定银杏叶中的芦丁;薛珺等[5]运用聚乙二醇-吐温组成的表面活性剂-硫酸铵双水相体系萃取分离银杏叶中的芦丁;姜忠丽[6]等采用超临界萃取苦荞麦中的芦丁。为探讨离子液体在芦丁分离应用中的可能,本文利用亲水性离子液体四氟硼酸N-丁基吡啶[BPy]BF4和(NH4)2SO4形成的双水相体系,并用其对芦丁进行萃取分离实验研究,萃取率大于90%,结果令人满意。
1 实验部分
1.1 主要仪器和试剂
PHS-3TC型精密酸度计(上海天达仪器有限公司),752紫外光栅分光光度计(上海第三分析仪器厂),UV-2100双光束紫外可见分光光度计(日本岛津制作所)等;
四氟硼酸N-丁基吡啶[BPy]BF4按文献方法[7]实验室合成,真空干燥过夜;芦丁标准品(购于Sigma公司,芦丁含量0.248mg/mL);Britton-Robinson缓冲溶液:pH2.0~10.0;所用试剂均为分析纯,实验用水为去离子水。
1.2实验方法
在10mL刻度比色管中加1.00mL芦丁溶液,2.00mL离子液体,1.5g(NH4)2SO4,用去离子水稀释至5.00mL(在考查酸度的影响时用不同pH的B-R缓冲溶液和去离子水稀释);小心振摇,成相后取离子液体相用去离子水稀释至5.00mL,测定吸收光谱和吸光度,通过标准工作曲线求算芦丁萃取率(E%)。
2 结果与讨论
2.1 离子液体标准曲线
实验表明,芦丁标准溶液质量浓度在0.01~0.06mg/ml范围之间,其吸光度和浓度之间线性关系良好,回归方程为y = 18.131x + 0.0041,R2 = 0.9998。
2.2 硫酸铵用量对萃取率的影响
按照实验方法,保持离子液体2.00mL和芦丁溶液1.00mL用量不变,改变(NH4)2SO4的用量,结果如图1,当(NH4)2SO4 低于0.5g时不成相,在0.7~2.0g之间,随着硫酸铵用量的增加萃取率先增大后减少。可能是硫酸铵浓度过大,产生盐效应的原因;在1.5g时萃取率最大为94.0%;硫酸铵用量超过2.0g后溶解不完全,萃取率有所下降。实验中选择用量为1.5g。
2.3 离子液体用量对萃取率的影响
固定芦丁溶液加入量为1.00mL,(NH4)2SO4为1.5g,改变离子液体的用量,结果如图2,当离子液体低于1.00mL时不成相,在1.30-2.00mL之间,萃取率开始增加较快,当加到2.20mL后萃取率开始减小。综合考虑,选取加2.0mL离子液体较理想。
2.4 芦丁溶液加入量对萃取率的影响
取2.00mL离子液体,1.5g(NH4)2SO4,改变芦丁的加入量,结果如图3。在芦丁用量少于1.00mL时萃取率随芦丁浓度增加而迅速增大,大于1.00mL之后萃取率变化平稳,说明在实验条件下,已达到最大萃取容量。实验中选择芦丁加入量为1.00mL。
2.5 pH值对萃取率的影响
固定芦丁、离子液体、(NH4)2SO4加入量,分别加入不同pH值的B-R缓冲溶液,结果如图4。
由图可知,pH值在4.0~6.0范围时萃取率最大,当pH值增加到8.0时萃取率变小。由此可以看出[BPy]BF4/(NH4)2SO4双水相体系萃取分离芦丁的酸度范围较宽,考虑到[BPy]BF4/(NH4)2SO4体系的pH值就在4.0~6.0之间,因此,在用该双水相萃取分离芦丁时不需另外加入缓冲溶液。
3 结论
1)离子液体双水相体系可以用来萃取分离芦丁,且萃取率较高。在本实验中,萃取的最佳条件是(NH4)2SO4用量1.5g,离子液体2.0mL,芦丁溶液的加入体积为1.0~1.5mL,溶液酸度在pH4~6。
2)离子液体双水相体系萃取分离芦丁溶液酸度范围较宽,分相迅速,界面清晰,萃取过程不发生乳化现象。
参考文献
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[3]练萍,李蕾,赖闻玲,等.双水相体系萃取分离-紫外分光光度法测定桑叶中芦丁[J].理化检验,2006,42,821-823.
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双水相体系萃取 篇7
1材料与方法
1.1 仪器和试剂
DDS-307电导率仪,上海精科;ZWA-J阿贝折光仪,上海光学仪器五厂有限公司;JW-1固体样品粉碎机,姜堰市分析仪器厂;KS康氏振荡器,江苏金坛市佳美仪器有限公司;
丙醇分析纯试剂,沈阳市华工试剂厂;硫酸铵分析纯试剂,天津市富宇精细化工有限公司;西红柿,抚顺地产;柠檬皮,市售;二次蒸馏水(电导率5≤μ/Q)。
1.2 方法
移取不同比例(V/V)的水-丙醇溶液(总体积5 mL)于10 mL具塞刻度试管中,加入一定量固体硫酸铵,于振荡器上振荡20 min。静置分相后记录上、下相体积。分别移取上、下相溶液,在恒温25℃条件下,测定上、下相的折光率;分别取一定体积上、下相溶液稀释100倍后测定电导率。根据不分相时丙醇-硫酸铵体系的折光率和电导率,计算得出分相时上、下相的组成。上、下相中丙醇的含量可用下面的方程计算:
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式中:n—折光率;w1—丙醇的质量分数;w2—硫酸铵的质量分数;a、b、c,—该体系的系数值。
西红柿研碎后使用,柠檬皮干燥后用粉碎机粉碎后用于色素分离。
2结果与讨论
2.1 体系刚好分相时硫酸铵用量与丙醇含量的关系
从图1中可以看出,丙醇含量越高时所需硫酸铵量越少。这是因为在总体积一定的情况下,其分相过程实际是争夺水分子的过程,随着丙醇浓度的提高,相对而言,水分子数就相应减少了,因而分相所需的硫酸铵用量越少。在实验的过程中,为了分相速度快、效果好,硫酸铵的用量可略大于刚好分相所需质量。
2.2 不同含量丙醇与一定质量硫酸铵成两相体积比
表1列出了丙醇含量10%～80%范围内与一定质量硫酸铵成两相后体积比,可以看出丙醇含量过低或过高都不利于成两相。故丙醇含量15%以下和70%以上为不分相区。中间为分相区。由表中可看出随着丙醇含量的增加,上、下相体积比逐渐增大,在丙醇含量50%时,投加硫酸铵 1 g得到相体积比为1∶1。
注:“—”表示不分相
2.3 不分相区折光率、电导率与硫酸浓度的关系
在丙醇含量10%时,加入不同质量硫酸铵,使其不成两相,测定了体系中硫酸铵含量和电导率关系,见图2。可以看出硫酸铵含量与溶液的电导率成线性关系,随着硫酸铵量增加,溶液的电导率增加。也说明在体系中容易就更多的离子电离出来使得体系电导率增加。溶液的电导率只与硫酸铵含量有关,与丙醇含量无关,因此,只要测得该体系溶液的电导率,就可以根据图中方程求得体系上、下相中硫酸铵的含量。
2.4 分相区丙醇含量与硫酸铵浓度、折光率的关系
在不使丙醇-水溶液分相的硫酸铵浓度下,测定了丙醇含量在15%、25%、30%、40%时溶液的折光率。见图3。可以看出随着丙醇含量增加,体系中折光率也逐渐增加。
2.5 分相时上、下相的组成
分别测定了丙醇含量30%和40%时,加入不同质量硫酸铵后上、下相的折光率和电导率,进一步根据硫酸铵与电导率关系及丙醇与折光率关系,计算出了上相丙醇体积分数及下相硫酸铵质量。见表2。从表2中可以看出丙醇大部分分布在上相,而加入的硫酸铵绝大部分都分配在下相。且随着加入硫酸铵量的增加,下相中的硫酸铵也增加。随着丙醇含量的增加,上相中分配的丙醇含量也逐渐增加。
2.6 丙醇-硫酸铵双水相应用探讨
将丙醇-水-硫酸铵体系用于西红柿和柠檬皮中色素的分离,得到了较好的效果。如图4所示。图中所示为一次萃取过程。经多次分离后,原料基本接近白色,可知色素提取已相当完全。可以看出,西红柿和柠檬皮中色素基本都被提取到上相中。主要原因是,丙醇-水-硫酸铵体系中,分相后丙醇主要富集于上相,硫酸铵富集于下相,而色素易溶于丙醇,就使得产物富集于上相中。由此可以将色素从原料中萃取出来。然后再进一步纯化。
3结论
本文主要研究了丙醇-水-硫酸铵双水相体系的分相情况。得出丙醇含量越高时,硫酸铵越少即可成两相;固定硫酸铵质量,随着丙醇含量的增加,上、下相体积比增大。通过测定体系中电导率和折光率可以得出上、下相中丙醇和硫酸铵体积分数。丙醇主要分布在上相,硫酸铵主要分布在下相。进一步将该体系用于萃取分离天然产物西红柿和柠檬皮中色素,取得较好分离效果,色素主要分布在富丙醇相。
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