第39卷第8期化工技术与开发Vol.39No.82010年8月TechnologyDevelopmentofChemicalIndustryAug.2010综述与进展双水相萃取技术在分离、纯化中的应用谭志坚,李芬芳,邢健敏(中南大学化学化工学院,湖南长沙410083摘要:双水相技术是一种新型的液-液萃取技术,由于其条件温和、易操作等特点,目前已广泛应用于物质的分离、纯化。本文综述了双水相形成原理、工艺流程和特点、体系类别、影响双水相分配的因素及其在分离纯化中的应用,并针对其未来发展趋势进行了展望。关键词:双水相萃取;分离纯化;应用:TQ028.32文献标识码:A:1671-9905(201008-0029-07基金项目:国家自然科学基金(项目编号:20956001通讯联系人:李芬芳(1964,女,湖南邵阳人,教授,博士生导师,研究方向:植物活性成分提取及分离纯代,E-mail:lfflgg@mail.csu.edu收稿日期:2010-03-30与传统的分离技术相比,双水相技术作为一种新型的分离技术,因其体积小,处理能力强,成相时间短,适合大规模化操作等特点[1],已经越来越受到人们的重视。Beijeronck在1896年将琼脂水溶液与可溶性淀粉或明胶水溶液混合,发现了双水相现象。双水相萃取(Aqueoustwo-phaseextraction,ATPE技术真正应用是在20世纪60年代,1956年瑞典伦德大学的Albertsson将双水相体系成功用于分离叶绿素,这解决了蛋白质变性和沉淀的问题[2]。1979年德国Kula等人将双水相萃取分离技术应用于生物酶的分离,为以后双水相在应用生物蛋白质、酶分离纯化奠定了基础[3]。迄今为止,被成功应用于生物医药工程,天然产物分离纯化,金属离子分离等方面[4~6]。因其广泛的应用性,已经发展成为一种相对成熟的技术,但仍有很大潜在的价值等待我们去开发。1双水相的形成1.1双水相的形成机理将2种不同的水溶性聚合物水溶液(或聚合物与一定浓度的盐溶液混合时,当聚合物浓度(或盐的浓度达到一定值,体系会自然分成互不相溶的两相,这就是双水相体系。双水相体系的形成主要是由于高聚物之间的不相溶性,一般认为只要两聚合物水溶液的憎水程度有所差异混合时就可发生相分离,且憎水程度相差越大,相分离倾向也就越大。1.2双水相体系的特点双水相萃取与传统的水-有机溶剂萃取时一样的,都是利用物质在两相间的分配系数不同来实现分离的。但是与传统萃取相比,双水相有其独特之处[7~9]:(1两相的溶剂都是水,上相和下相的含水量高达70%~90%(w/w,不存在有机溶剂残留问题。条件很温和,常温常压操作,不会引起生物活性物质失活或变性;(2两相界面张力小,仅为10-6~10-4N/m(普通体系为10-3~10-2N/m,双水相的两相差别(如密度、折射率相差很小,萃取时两相能够高度分散,传质速度快,但也引起乳化现象;(3溶剂对目标组分选择性强,大量杂质能与所有固体物质一同除去,使分离过程简化,易于工业放大和连续操作;(4分相时间短,常温常压下自然分相时间一般为5~10min;(5目标产物的分配系数一般大于3,大部分情况下目标产物的收率较高;(6聚合物的浓度、无机盐的种类和浓度,以及体系的pH值等多种因素都可以对被萃取物质在两相的分配产生影响,因此可以利用多种手段来使反应达到最佳条件;(7该体系可以处理以固体微粒形式出现化工技术与开发30第39卷的样本。因其大多是由一定量的聚乙二醇和盐构成,因此也比较经济。1.3双水相的种类最常见的双水相体系是聚乙二醇(PEG/葡聚糖(Dextran和PEG/无机盐(硫酸盐、磷酸盐等体系。双水相按组成一般分为:聚合物-聚合物,聚合物-低分子量组分,聚合物-无机盐,高分子电解质-高分子电解质以及新出现的研究比较热门的温度诱导,表面活性剂等双水相体系[10~11],详见表1。表1常见双水相萃取溶液体系的类型Table1commonaqueoustwo-phaseextraction类型上相组成下相组成聚合物-聚合物聚乙二醇聚丙二醇聚蔗糖甲基纤维素聚乙烯醇,葡聚糖,甲基聚丙二醇,聚乙烯醇,葡聚糖,葡聚糖,羟丙基葡聚糖,葡聚糖聚合物-低分子量组分,葡聚糖,丙醇,聚丙烯乙二醇,磷酸钾等聚合物-无机盐聚乙二醇铵磷酸钾,硫酸钾,硫酸镁,硫酸高分子电解质-高分子葡聚糖硫酸钠羧甲基葡聚糖钠盐羧甲基纤维素钠盐电解质羧甲基纤维素钠盐离子液体双水相水性离子液体[BMIm]Cl、[HMIm]Cl、[OMIm]Cl、[BPy]Cl、[TBA]Cl等K3PO3、K2HPO4、Na2HPO4、(NH42SO4、K2CO3等温度诱...