peg磷酸鹽雙水相系統(tǒng)相分離過程及相分配特性研究

peg磷酸鹽雙水相系統(tǒng)相分離過程及相分配特性研究

雙水相萃取系統(tǒng)是由兩種不同化學結(jié)構(gòu)的親水性高聚物或親水性高聚物和鹽場以適當?shù)臐舛刃纬傻膬伤嘞到y(tǒng)。生物顆粒或生物大物質(zhì)的兩個可能部門之間的差異引起的分離分離技術(shù)稱為雙水相萃取技術(shù)。由于其穩(wěn)定的分離條件、操作穩(wěn)定、調(diào)整因素，以及傳統(tǒng)的溶劑萃取的成功經(jīng)驗，它被認為是一個應(yīng)用廣泛的生物下游項目。1955年，瑞典尤普勒大學的p.b首先利用了雙水相技術(shù)，將顆粒顆粒分離到細胞中。到目前為止，它不僅通過雙水相萃取技術(shù)分離和提取了許多生物對象，而且在動力學研究、雙水親水和分離、多階段逆流分析、反應(yīng)分離、生物分離技術(shù)的相互應(yīng)用等方面取得了巨大成功。本文擬制作PEG/磷酸鹽雙水相系統(tǒng)相圖,并對不同組成的雙水相系統(tǒng)相分離過程和牛血清蛋白(BSA)在該雙水相系統(tǒng)中的分配特性進行初步研究.2結(jié)果與討論2.1節(jié)線形成的比較在25℃下,制作PEG6,000/磷酸鹽和PEG10,000/磷酸鹽雙水相系統(tǒng)相圖,如圖1所示.相圖中在雙節(jié)曲線(binodalcurve)下方的點表示的組成只能得到單相系統(tǒng),而在其上方的點表示的組成則可以得到兩相系統(tǒng)。在雙節(jié)曲線的臨界點(criticalpoint,相圖中的點C)上,兩相的組成變?yōu)橄嗤?兩相變?yōu)橐幌?節(jié)線(tielines)TMB聯(lián)結(jié)相互平衡的兩相,系統(tǒng)M相分離后可以得到相T和下相B,并且上、下兩相的質(zhì)量比遵循杠桿規(guī)則.從圖1可以看出,PEG/磷酸鹽雙水相系統(tǒng)的上相中富含PEG,下相中富含磷酸鹽.隨著整個相系統(tǒng)濃度的增大,節(jié)線變得越長,即上、下相的組成差別越大,上相中所含有的PEG越多而磷酸鹽越少,下相中則含有更多的磷酸鹽而更少的PEG,因此,上、下相的物理化學性質(zhì)(如密度、粘度)的差別也越來越大.而且,PEG6,000/磷酸鹽系統(tǒng)的分相臨界點組成濃度比PEG10,000/磷酸鹽系統(tǒng)的分相臨界點組成濃度高,這是因為分子量大的PEG在水中的溶解度大.2.2雙水相系統(tǒng)相分離動力學過程在25℃下,所選的5種不同組成的雙水相系統(tǒng)的上、下兩相相比小于1.0,因此,本研究將下相視為連續(xù)相,上相視為分散相.圖2所示為不同組成的雙水相系統(tǒng)在相分離過程中,分散相(上相)V′t體積占上相總體積Vt百分比隨相分離時間t變化的曲線.盡管組成不同的系統(tǒng)之相分離時間不同,但從圖上可以看出,每個組成的相分離過程經(jīng)歷了初始加速階段、中間恒速階段和最終減速階段.有些組成的雙水相系統(tǒng)各階段分布十分明顯如組成為2,3和4的系統(tǒng),而組成為1和5的雙水相系統(tǒng)的3個階段分布不明顯.一般認為,上下兩相間的密度差是雙水相系統(tǒng)相分離的推動力,但是,對整個相分離過程來說,這個復雜的運動過程涉及到分散相液滴的碰撞、粘合以及與連續(xù)相的相互作用等,因此,有關(guān)雙水相系統(tǒng)相分離動力學過程有待進一步研究探討.2.3bsa在peg-iii相系統(tǒng)中的分配性能2.3.1peg6分配系數(shù)對bsa的影響在25℃下,保持PO3?443-濃度6%不變,移取BSA原液1mL,改變PEG6,000濃度,結(jié)果見圖3.從圖3可見,在所選的PEG6,000濃度范圍內(nèi),BSA的分配系數(shù)先降低后升高,但數(shù)值變化不大,僅在0.14～0.20間波動.由于PEG粘度較大,隨著PEG濃度增加,使溶液粘度增加,相分離時間變長.在25℃下,保持PEG6,000濃度10%不變,移取BSA原液1mL,改變PO3?443-濃度,結(jié)果見圖4.從圖4可見,分配系數(shù)隨PO3?443-濃度的增加而增加,PO3?443-濃度從6%增至11%,分配系數(shù)從0.152增至0.815.可能的解釋是,隨著PO3?443-濃度的增加,PO3?443-對BSA的鹽析作用加強,使BSA分配于上相的量增加.在實驗過程中還發(fā)現(xiàn),雙水相系統(tǒng)相比隨PEG濃度增加而增加,隨PO3?443-濃度增加而減少.從圖3,圖4的結(jié)果來看,雖然分配系數(shù)隨PEG、PO3?443-濃度而變化,但其值均小于1,且在適宜的成相濃度下,BSA在下相分配率很高,因此,BSA適合分配于富鹽的下相,而不宜分配于富PEG的上相,這是因為除了BSA與PEG大分子結(jié)構(gòu)的空間排斥作用外,BSA與PO3?443-間的電荷相互吸引,因而產(chǎn)生較高的鹽溶作用.在所選的PEG6,000/磷酸鹽成相濃度范圍內(nèi),綜合考慮BSA在上下相間的分配系數(shù)、BSA下相分配率,系統(tǒng)相比及系統(tǒng)粘度等因素,采用組成為PEG6,00010%(w/w)PO3-460%(w/w)的雙水相系統(tǒng)萃取BSA為宜.2.3.2加固nacl對bsa的分配特性影響NaCl是最常用的研究鹽效應(yīng)影響雙水相系統(tǒng)中分配特性的一種試劑.在25℃下,采用PEG6,00010%(w/w)PO3-46%(w/w)系統(tǒng),加入BSA原液1mL,以加入固體NaCl的方式改變系統(tǒng)中的鹽濃度,結(jié)果如表1.從表1可以看出,外加不同濃度的NaCl對相比分配系數(shù)及下相分配率的影響不大.磷酸鹽與NaCl的組合對BSA幾乎不產(chǎn)生鹽析作用,因此,外加NaCl對BSA在PEG/磷酸鹽雙水相系統(tǒng)的分配特性影響不顯著.2.3.3雙水相生物酶bsa在雙水相系統(tǒng)中ct的相差在25℃下,采用PEG6,00010%(w/w)PO3?443-6%(w/w)系統(tǒng),改變BSA的起始濃度,結(jié)果發(fā)現(xiàn),起始濃度的變化對相比影響較小,在0.72～0.78范圍內(nèi)變動,而對分配系數(shù)的影響則較大,BSA起始濃度為107.18μg/mL的分配系數(shù)(K=0.339)與起始濃度為769.33μg/mL的分配系數(shù)(K=0.042)相差近一個數(shù)量級.相關(guān)研究指出,BSA在上相濃度Ct可以采用“飽和型”曲線表示:Ct=CM?C0Cs+C0(4)Ct=CΜ?C0Cs+C0(4)式中,C0是BSA在雙水相系統(tǒng)中的總濃度;CM是BSA在上相的最高濃度(受限于溶解度):Cs類似于熱力學平衡常數(shù).本實驗結(jié)果經(jīng)數(shù)據(jù)處理后,得到PEG6,00010%(w/w)PO3-46%(w/w)系統(tǒng)平衡時上相BSA濃度隨起始濃度變化的關(guān)系式為:Ct=56.83?C020.76+C0(5)Ct=56.83?C020.76+C0(5)下相BSA濃度采用線性方程表示可得到較好的擬合效果(相關(guān)系數(shù)r2=0.9984),關(guān)系式為:Cb=1.68C0(6)將式(5)、式(6)代入式(2),可得到BSA在PEG6,00010%(w/w)PO3?443-6%(w/w)雙水相系統(tǒng)的分配系數(shù)K為:K=CtCb=33.8320.76+C0(7)Κ=CtCb=33.8320.76+C0(7)將式(5),(6),(7)所表示的擬合曲線與實測值進行比較,結(jié)果如圖5,圖6所示,可見式(5),(6),(7)均能較好地與實驗結(jié)果相吻合.3peg6,0.7相分離動力學(1)采用喹鉬檸酮重量法測定雙水相系統(tǒng)下相溶液的PO3?443-濃度,采用冷凍干燥法測定其PEG濃度,通過計算得出上相溶液的PO3?443-和PEG濃度,成功地制作了PEG6,000/磷酸鹽和PEG10,000/磷酸鹽兩個雙水相系統(tǒng)的相圖,并對相圖特征作了概括.(2)研究了5種不同組成的PEG6,000/磷酸鹽雙水相系統(tǒng)的相分離過程,得到了分散相體積百分率隨時間的變化曲線,發(fā)現(xiàn),相分離過程大致經(jīng)歷了初始加速階段、中間恒速階段和最終減速階段,有關(guān)相分離動力學的深入研究有待進一步進行.(3)在PEG6,000/磷酸鹽雙水相系統(tǒng)中,BSA更宜分配于下相,成相組成為PEG6,00010%(w/w)PO3?443-6%(w/w)的系統(tǒng)最有利于B