一种聚乙二醇辛基苯基醚/硫酸铵/双水相萃取分离体系 【技术领域】
本发明涉及到一种萃取分离技术，特别是涉及一种聚乙二醇辛基苯基醚/硫酸铵/双水相萃取分离体系。
背景技术
双水相分离技术是近十多年来研究最为活跃的生物工程下游技术之一。70年代中期西德的Kula，M.R.和Kroner，K.H.等人将双水相系统应用于从细胞匀浆液中提取酶和蛋白质，获得成功；至今双水相技术已成功的应用于生物工程下游产品尤其是酶的中性规模的萃取上。但这些成功的双水相体系多数为聚乙二醇/葡聚糖和聚乙二醇/无机盐两种。由于水溶性高聚物粘度大，难以挥发，不易定量操作，给后续操作带来麻烦。
近年来，随着表面活性剂工业的发展，应用表面活性剂建立双水相体系得到长足进展。如肖进新、何煦等(1999)研究了[acta.chem.sinica，2000，58，922(in chinese)]表面活性剂双水相体系的相行为和蛋白质的萃取分离。童爱军等(1998)研究了阴阳离子表面活性剂双水相萃取色氨酸衍生物和牛血清蛋白，而对于非离子型表面活性剂/盐双水相体系目前国内外尚无报道。
【发明内容】
本发明的目的提供一种成相速度快，时间短，分配系数大的新的聚乙二醇辛基苯基醚/硫酸铵/双水相萃取分离体系。
本发明提供的聚乙二醇辛基苯基醚/硫酸铵/双水相萃取分离体系包括聚乙二醇辛基苯基醚(TritonX-100)、硫酸铵和水。
在所述聚乙二醇辛基苯基醚/硫酸铵/水双水相萃取分离体系中，双水相上、下两层都是表面活性剂胶束水溶液；下层澄清透明，上层略带乳光，两相间界面清晰，界面膜清晰、结实，界面膜具有良好的强度和弹性，可用针将它上挑或下压，使突起或下凹。上层表观粘度大，下层粘度小，与水接近。该体系的相组成及相图见表1及图1：
表1 聚乙二醇辛基苯基醚/(NH4)2SO4/水双水相体系节线组成
体系组成(wt，％) 上相组成(wt，％) 下相组成(wt，％)
聚乙二醇 (NH4)2SO4 H2O 聚乙二醇 (NH4)2SO4 H2O 聚乙二醇 (NH4)2SO4 H2O
辛基苯基 辛基苯基 辛基苯基
醚 醚 醚
37.20 7.60 55.20 48.88 4.45 46.67 0.61 16.17 83.22
30.90 8.19 60.91 42.81 5.23 51.96 0.35 15.13 84.52
23.30 8.71 67.99 37.05 6.16 56.79 0.10 14.36 85.54
16.85 9.64 73.51 43.52 5.28 51.20 0.06 14.22 85.72
14.02 10.26 75.72 46.35 4.84 48.81 0.61 16.17 83.22
8.41 11.19 80.40 39.70 5.50 54.80 0.80 13.09 86.11
6.54 11.44 82.02 44.85 4.92 50.23 0.70 13.42 85.88
如图1-2所示，双节线将整个区域分为两相区(双节线以上区域)和一相区(双节线以下区域)两部分。相图系线几乎平行，聚乙二醇辛基苯基醚的浓度越大，系线越长，则分配系数越大。系线的线性相关度(r2)在0.99以上，且系线的斜率较大，表明该体系地分配系数较大。非离子表面活性剂聚乙二醇辛基苯基醚溶于水时不发生离解，其分子中的亲酯基团与离子型表面活性剂大致相同，亲水基团主要是含氧基团。当溶于水中时，在低浓度时几乎被吸附于液体表面，其亲水基团插入水中，亲油基团向空中，从而改变了液体的表面张力。当溶液内表面活性剂分子数目不断增加时，其疏水部分相互吸引，缔合在一起，亲水部分向着水，几十个或更多分子缔合在一起形成缔合的粒子，称为胶团。当用中性盐加入溶液，可能中性盐对水分子的亲和力大于胶团，于是胶团周围的水化层减弱乃至消失，胶团分子之间聚集而分相。
双水相体系的分相过程是一个混乱体系的微观环境变得有序的过程，这是在熵力作用下软物质特有的性质，由此而研究了体系分相前后的熵变。由Flory-Huggins晶格模型理论，对于多分散性的高分子溶液，其混合熵为
Φ1=N1N1+mN2]]>Φ2=mN2N1+mN2---(2)]]>
式中，
R摩尔气体常量
ni物质的量
Φi物质I在溶液中的体积分数
Ni物质I的分子个数
m每个高分子所含链节数
对以下三点体系的熵进行分析得表2
表2 聚乙二醇辛基苯基醚-(NH4)2SO4/水体系分相前后体系的熵变
体系组成 体系分相前的 体系分相后的 分相前后熵变
聚乙二醇辛基苯基醚 (NH4)2SO4 H2O 熵(J/K) 熵(J/K) (J/K)
37.20 7.60 55.20 7.63 7.28 0.35
30.90 8.19 60.91 7.12 6.75 0.37
23.30 8.71 67.99 6.36 5.96 0.40
由此可知，体系组成不同，体系的熵也不相同。体系的含水量越多，体系的熵越小。三个体系分相前后的熵变较小且几乎相等，这可能是系线系斜率几乎相等的原因。
在聚乙二醇辛基苯基醚/硫酸铵/双水相体系中，聚乙二醇辛基苯基醚的百分数的增大上相体积占总体积的比率也逐渐增大，同时随着聚乙二醇辛基苯基醚的浓度增大，成相时间显著减少，见图3、4，该图为聚乙二醇辛基苯基醚/硫酸铵/水双水相体系中聚乙二醇辛基苯基醚浓度例如2.0-40％时，对成相时间和成相体积的影响。所以聚乙二醇辛基苯基醚在双水相体系中的浓度优选为5-10％(Wt)。
所述硫酸铵浓度的增大，成相时间增大，成相体积减小见图5-6。这种现象比较接近于盐析效应。说明本双水相体系的分相过程是一个相互争夺小分子的过程，当加入的表面活性剂的量少时，分相所需的无机盐的量较大。在这种富盐氛围内，少量的聚乙二醇辛基苯基醚分子滞留其中。当盐的浓度进一步增加，盐夺取了小分子，表面活性剂分子才被释放出。所以(NH4)2SO4浓度优选为10-15％(Wt)。
聚乙二醇辛基苯基醚/硫酸铵/双水相卒取分离体系中，通过对该体系三个(系列1：聚乙二醇辛基苯基醚41.2％，硫酸铵5.9％；系列2：聚乙二醇辛基苯基醚44.4％，硫酸铵5.6％；系列3：聚乙二醇辛基苯基醚47.4％，硫酸铵5.3％)在不同温度下的成相时间的变化如图2。由不同浓度聚乙二醇辛基苯基醚的温度影响曲线可以看出：升温有利于双水相的形成，同时相分离速度随温度升高而加快，达到一定温度后改趋势变得平缓。当成相温度高于20℃以后，体系成相时间不再受组成含量的影响。这可能，对于表面活性剂相，相的体积由絮凝胶团组成的网状结构所结合的水的体积决定，当升温时，胶团表面的水化层被削弱，另外，加入如硫酸铵则压缩了胶团表面的水化层，两种因素均造成絮凝胶团组成的网状结构结合水的能力快速下降，呈现出表面活性剂富集相而形成分相。
在双水相萃取的理想情况是分相时间较短，且上相体积较小，这样才能达到富集、分离的目的，本发明提供的聚乙二醇辛基醚/硫酸铵/水双水相体系成相时间2-10分钟；聚乙二醇辛基苯基醚的浓度越大，该体系的分配系数越大，上相体积也越大，而分配时间越短，优选为聚乙二醇辛基苯基醚的浓度为5-10％，硫酸铵的浓度为10-15％(Wt)，其余为水。该体系相行为稳定，受金属离子的影响小，例如通过
CuSO4、Na2SO4、MgSO4、NH4NO3对聚乙二醇辛基苯基醚/硫酸铵/水双水相体系相行为的影响，体系的组成为：聚乙二醇辛基苯基醚(5％)，硫酸铵(12％)，见图7，图8。
该体系相行为基本不受金属离子的影响。由于聚乙二醇辛基苯基醚在水中不电离，故对PH值稳定性高，由于它不在离子状态下存在故受金属离子的影响也小。
表3 离子表面活性剂SDS、阳离子表面活性剂CTAB对双水相体系相行为的影响看。
样品 分相时间/min 相体积比(％)
空白1 240 15.7
含0.01M SDS 90 8.1
含0.01M CTAB * *
加入阴离子表面活性剂(SDS)有利于分相，加入阳离子表面活性剂不利于分相或者不分相(见表3)。
聚乙二醇辛基苯基醚/硫酸铵/双水相体系萃取分与传统的高聚物-高聚物、高聚物-盐双水相体系相比，在聚乙二醇辛基苯基醚与硫酸铵的浓度较低时即可成相，且粘度较低、表面活性较大，不需离心即可自然快速成相。与离子表面活性剂双水相体系相比，该体系成相(2-10min)时间短。实验数据表明，聚乙二醇辛基苯基醚的浓度越大，该体系的分配系数越大，上相体积也越大，而分配时间越小。研究表明，当聚乙二醇辛基苯基醚的浓度为5-10％，硫酸铵的浓度为10-15％时成相效果较好。该体系相行为稳定，受金属离子的影响较小。加入阴离子表面活性剂有利于分相；加入阳离子表面活性剂不利于分相。受温度影响较小，在20℃以上，体系成相时间不再受组份含量的影响，为生物材料分离提供一种高效，可靠的新型分离方法。
本发明提供的聚乙二醇辛基苯基醚/硫酸铵/双水相萃取体系特点：
1、该体系成相速度快，时间短(2-10分)，分配系数大，成相效果好。
2、该体系相行为稳定，受重金属离子的影响小，加入阴离子表面活性剂有利于分相，加入阳离子表面活性剂不利于分相。
3、与传统的高聚物-高聚物，高聚物-盐双水相体系相比，在聚乙二醇辛基苯基醚与硫酸铵的浓度较低时即可成相，且粘度较低，表面活性较大，不需离心即可自然快速成相。与离子表面活性剂双水相体系相比，该体系成相(2-10分)时间短。
本发明提供的聚乙二醇辛基苯基醚/硫酸铵/双水相萃取体系是一种新型分离方法，可广泛被应用于生物材料的分离中。
【附图说明】
图1为聚乙二醇辛基苯基醚-(NH4)2SO4-/双水相体系相图，
图2为温度对聚乙二醇辛基苯基醚/硫酸铵/双水相体系的影响图，
图3为聚乙二醇辛基苯基醚对成相体积的影响图，
图4为聚乙二醇辛基苯基醚对成相时间的影响图，
图5为(NH4)2SO4对成相体积的影响图，
图6为(NH4)2SO4对成相时间的影响图，
图7为盐对聚乙二醇辛基苯基醚-(NH4)2SO4-/双水相体系相行为的影响图，
图8为盐对聚乙二醇辛基苯基醚-(NH4)2SO4-/双水相体系相行为的影响图，
【具体实施方式】
实施例1-3
用不同容器分别配制下表4列出组份的聚乙二醇辛基苯基醚-(NH4)2SO4/双水相萃取分离体系，于20℃充分混合均匀，成相后，测试上下相体积及组份浓度于表中，下层澄清透明，粘度小，与水接近上层略带乳光，表现粘度大，两相间界面清晰，界面膜清晰、结实、界面膜具有良好的强度和弹性。
表4
体系组成(W，％) 上相组成(W，％) 下相组成(W，％)
聚乙二醇辛 (NH4)2SO4 H2O 聚乙二醇辛 (NH4)2SO4 H2O 聚乙二醇辛 (NH4)2SO4 H2O
基苯基醚 基苯基醚 基苯基醚
37.20 7.60 55.20 48.88 4.45 46.67 0.61 16.17 83.22
30.90 8.19 60.91 42.81 5.23 51.96 0.35 15.13 84.52
23.30 8.71 67.99 37.05 6.16 56.79 0.10 14.36 85.54