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SDS/CTAB/H2O的双水相性质及萃取作用.pdf

SDS/CTAB/H2O的双水相性质及萃取作用

chemidoctor
2012-10-09 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《SDS/CTAB/H2O的双水相性质及萃取作用pdf》,可适用于工程科技领域

第O卷第期年月应用化学CHINESEJOURNALOFAPPLIEDCHEMISTRYVd.oNo.Aug.OOSDS/CTAB/H的双水相性质及萃取作用滕弘霓。蔺玉胜王飞李艳伟(青岛科技大学化学与分子工程学院青岛)摘要测定了SDS/CTAB/IIO/NaSO.系统的双水相相图及牛血清蛋白和色氨酸在不同区域双水相中的分配系数研究了相关因素对双水相分相时间的影响规律。结果表明体系的相图中存在个双水相区盐的种类、浓度及双水相的两相高度之比是影响双水相分相时间的重要因素。物质的疏水程度越大越易萃JI【到富表面活性剂相中水溶性小分子物质不能被萃取。当物质的电性与富表面活性剂相有序组合体的电性相反时分配系数显著增大。关键词双水相正负离子表面活性剂混合物萃取牛血清蛋白质色氨酸中图分类号:.文献标识码:A文章编号:()os..OTSo双水相(aqueoustwophasesystem简称ATPS)是一种特殊的分相体系两相均为水溶液它可为物质的分离特别是生物活性物质的分离提供温和的环境。高分子双水相萃取技术是近年来发展很快的一种生物分离方法l】】。该体系对蛋白质、酶、抗生素等生物物质的萃取作用已得到了一定程度的研究【】。利用双水相体系萃取中草药有效成分及金属离子也有报道【lo'¨】。与高分子双水相体系相比表面活性剂双水相体系在对物质的分离作用方面具有选择性高、分离行为可调节等优越性m.。正负离子表面活性剂双水相体系是最近几年才被重视并研究的分相体系u珥J。本文研究了十二烷基硫酸钠(SDS)/十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)/水混合体系在盐存在时的相行为、双水相分相时间以及双水相对小分子物质及生物大分子物质的萃取作用进而讨论影响正负离子表面活性剂双水相萃取作用的主要因素。实验部分.仪器与试剂日本TOKINACO.LTD.正交偏光镜(HOYAFILTERDEPT)。LEICADMLP型热台偏光显微镜(德国LEICA公司)。型紫外分光光度计(上海光学仪器厂)。十二烷基硫酸钠(SOS中国香港FARCO公司)分析纯%。十六烷基三甲基澳化胺(CrAB中国医药(集团)上海化学试剂公司)分析纯>%。硫酸钠(成都化学试剂厂)分析纯%。牛血清蛋白(BovineSerumAlbuminBSA上海实生细胞生物技术有限公司进口分装)。色氨酸(上海生物化学制药厂)分析纯%。二次蒸馏水。.实验方法首先配制.mol/LNaSO.水溶液用该溶液作溶剂配制.mol/LSDS溶液与.mol/LCTAB溶液。以这种表面活性剂溶液作为纯组分分另q占据三元相图的个顶点j含.mol/LNaSo.的水溶液为另一个顶点在三元相图上均匀取点配制样品。所有样品于.K恒温h观察现象绘制相图。样品从恒温槽中取出后立即置于自制的观察偏光现象的装置中观察是否有偏光现象。液晶的微观结构通过恒温偏光镜测定。根据双水相的配比配制ATPS其中含有被萃取物。ATPS稳定后取上下相稀释至一定浓度用分光光度计测两相被萃取物的吸光度。o收稿修回通讯联系人:膝弘霓女年生博士副教授Email:gshoupublic.qd.sd.cn研究方向:胶体与界面化学维普资讯http:wwwcqvipcom应用化学第卷将稳定后的双水相样品振荡混匀仍置于℃恒温条件下记录从混匀到明显分相所用时间。.分配系数(比)的计算K=c,/c式中Ct为物质在富集相的浓度(mo/L)Cb为物质在非富集相的浓度(mol/L)。结果与讨论.o/SDs/CTAB/№So|体系的相行为SDS与CTAB混合水溶液在适当条件下能形成个互不相溶的水相体系【lB哼J简称双水相。无盐条件下该体系的双水相形成时间很慢。本研究发现当体系中含有一定浓度的盐时可以大大加快分相速度这对开发双水相的应用价值十分重要。图所示为体系中含有.mol/LNa~SO.时的相行为。在相图中存在个双水相区其中左侧双水相区中阴离子表面活性剂过量称为阴离子双水相区(ATPS.)右侧双水相区中阳离子表面活性剂过量称为阳离子双水相区(ATPS。)。个双水相区均很规则而狭窄其延长线通过并交于O的顶点表明只要SDS与CTAB满足一定的摩尔比体系总浓度在一定范围内(高于CMC及低于溶解度)均有条件形成双水相。实验中发现大部分区域的双水相上相呈现偏光现象视为液晶(其偏光显微镜照片如图)不呈现偏光现象的双水相上相曾推测其为立方结构的液晶引¨。可以认为双水相上相具有液晶结构。从相图中可见双水相区与偏光区有密切的关系偏光区或包容A区或与A区交错。对于A.区阴离子表面活性剂SDS过量混合表面活性剂有序组合的液晶结构带负电对于A。区中阳离子表面活性剂CTAB过量混合表面活性剂有序组合的液晶结构带正电。由于ATPS.区及ATPS。区组成及微观结构的差异它们的性质也存在着很大的差异如ATPS.区具有浊点性质且粘度小但ATPS。区无浊点性质且粘度大等。HO/SDS/CrAB在其他NaSO,浓度下的相行为与图类似但ATPS区及液晶区位置及相区宽度等有所变化。图HO/SDS/CTAB/NaSO拟三元相图Fig.ThepseudoternaryphasediagramofHO/SDS/CTAB/N~SO(.mo/L)aqueoustwophasesystemsIliqIlidcrystalCTAB一:SDS。=图ATPS上相液晶结构Fig..ThemlerostmetureofliquideryetalinATPStopphase(polarizedphotographX)m(O.m~LSDS):m(O.mol/LCRAB)=.:..双水相分相时间的研究.双水相分相时间的长短直接关系到双水相的应用前景所以探索相关因素对双水相分相时间的影响规律具有重要意义。研究发现盐的浓度、种类及双水相中正负离子表面活性剂的组成等均是影响双水相形成时间的敏感因素。实验中观察到双水相从出现到稳定需要一定时间不同条件下的双水相这一时间跨度是不同的。但是双水相出现的时间越快双水相达到稳定的时间跨度越短。本研究测得的时间是指双水相出现的时间即体系混匀后在一定条件下能明显观察出ATPS现象所需的时间。当SDS/CTAB/H。O体系中含维普资讯http:wwwcqvipcom第期滕弘霓等:SDS/CTAB/H的双水相性质及萃取作用有盐时双水相分相时间大幅度缩减。表为不同浓度盐条件下体系的双水相分相时间。体系在无盐条件时双水相出现的时间至少需要h以上随着NaBr浓度的增大形成双水相的时间明显缩短当NaBr的浓度增大到.mol/L时只需要lmin即可形成明显的双水相。另外从表中还可看出。对于浓度相同但种类不同的盐它们对双水相分相时间的影响程度不同NaSO.对系统分相时间的影响比NaBr更加明显。所以盐的浓度及种类对双水相的形成均有重要影响。衰盐对双水相形成时间的影响TableTheInfluenceofsaltsOntheformatlentimeofATPS研究中发现分相时间与正负离子表面活性剂的配比存在着一定关系如图。图中所示为含.mol/LNaSO‘的SDS/CTAB/HO体系在表面活性剂(SDSCTAB)总浓度为.mol/L时两区双水相分相时间与配比的关系曲线曲线上均有最低点即两区中均存在着分相最快的双水相组成。当体系中所含盐的种类和浓度变化时相图中的双水相区位置不同各相区中分相最快的双水相组成不同。若将双水相分相时间与两相高度之比作图可发现它们遵循共同的规律(图)。无论对于ATPSa区曲线还是ATPSc区曲线双水相在两相高度之比大约为l时分相时间最短。这表明分相时间实质上受两相高度之比的控制。对此我们通过系统的相平衡过程中粒子的移动来解释。两相高度越是接近体系中的各离子移动到其平衡相位置愈容易两相越容易达到平衡。无论是上相高度太大还是下相高度太大体系中的某些粒子移动到其平衡位置需经较长路程必然需克服更多的阻力作用所以系统出现明显的双水相需要较长时间。图分相时间与组成的关系Fig.RelationbetweenphaseseparationtimeandcompositionCTABSDS:.mol/LNsSO:O.mol/L图分相时间与相体积比的关系Fig.Relationbetweenphasesepmtio.time(t)andheight=rio(r)ftopphase协bottomph柚eNSo.:.mol/L.ATPS对带不同种类电荷的牛血清蛋白的萃取作用牛血清蛋白(简称BSA)属于大分子蛋白质等电点PI=.。Ibd等】研究表面活性剂与蛋白质形成的复合物时发现表面活性剂吸附在蛋白质的疏水区形成离子头朝向水疏水链朝向蛋白质的胶束式结构。根据这一观点蛋白可以被双水相萃取到富表面活性剂相中。但本研究发现正负离子表面活性剂双水相对蛋白质的萃取作用还极大程度地依赖于另一因素蛋白质所带电荷的种类。图为BSA在两区双水相中的分配系数与溶液pH的关系曲线。图中可见ATPS.区与ATPS。区的关系曲线完ll!巨\gco!萎譬口lId维普资讯http:wwwcqvipcom应用化学第o卷全不同。在ATPS。区中当pH<PI时BSA的分配系数很大pH>PI时分配系数很小曲线在等电点附近出现明显的转折。经分析pH<PI时BSA带正电它与双水相上相中带负电的液晶结构除了靠疏水基结合外它们之间还存在着静电吸引作用所以BAS被大量萃取到富表面活性剂相中当PH>PI时BSA带负电它与双水相上相中带负电的有序组合体相互排斥该作用削弱了两者疏水基间的Vanderwaals力作用BSA只能以溶解于水的形式存在于上相与下相中分配系数较低。阳离子双水$~址J由pH喜苎图BSA的配与pH的关系的结果这是因为双水相富表面活性剂相的液晶结g.Re=n:J)。ndpH构带正电pH<PI时带正电的BSA与富表面活性剂相的液晶结构相排斥分配系数降低pH>PI时带负电的BSA与液晶结构相吸引分配系数增大。由以上分析结果可见蛋白质的电荷种类是影响其在正负离子表面活性剂双水相中分配系数的重要因素。.ATPS对水溶性小分子物质的萃取作用色氨酸(Trp)的等电点PI=.实验测得色氨酸在双水相中的分配系数与pH的关系曲线表明阳离子双水相与阴离子双水相对色氨酸均无萃取作用。即使双水相的PH远离色氨酸的等电点使其处于明显带正电或带负电的情况下分配系数仍接近。这是由于色氨酸属于水溶性小分子化合物带电的色氨酸与表面活性剂的静电作用不足以影响其在水中的溶解作用。双水相上下两相均含大量的水色氨酸几乎同等程度地溶解于上下两相中从而导致分配系数接近。由此表明正负离子表面活性剂对水溶性小分子物质无萃取作用。综上所述正负离子表面活性剂混合体系的双水相在一定条件下对生物大分子物质具有很好的萃取作用。但对水溶性小分子物质无萃取作用。可以认为物质在双水相中的分配系数取决于个因素:()物质的疏水程度。对于水溶性物质其疏水程度越大它与双水相中富表面活性剂相有序组合体疏水部分的结合越强萃取效率越高。()物质在溶液中的电性。若物质在溶液中带正电易被阴离子双水相萃取。反之若带负电易被阳离子双水相萃取。物质在各区双水相中最终的分配系数如何是由上述两方面因素综合作用的结果所决定。若一种因素占明显的优势该因素可决定物质的分配系数。参考文献GuanYLilleyTHTreffyTE.Macromo/ecu/esJ:LsronMMattiassonB.BiotechBioengJ:BtlckmannAFMortMKulaMR.BiotechZBiochemJ:PerssonJNystromLAgelandHeta.JChemTechBioteehJ():ColeKDLeeTKLubonH.ApplBiochemBiotechJ:HustedtHKronerKHMengeVeta.TrendsBiotechJ():SivarsUBergfeldtKPicuhllLeta.JChromatogrBJO:YangWYuncDChuIM以a.BiotechBioengJ:PaquetVMylntMRoquec甜a.BiotechBioeteJ:uw(李伟)ZHUZiang(朱自强)MEILeHe(梅乐和)以a/..ChemIndEng(化工学报)J():RogersRDondAHBauercBeta/.JChromatogrJ:“ucLNikasYJBlankschteinD.AICHE.J:mcLNikasYJBlankschteinD.BiotechBioengJ:mn维普资讯http:wwwcqvipcom第期膝弘霓等:SDS/CTAB/H的双水相性质及萃取作用AbbottNLBlankschteinDHattonTA.BioseparationJ:AbbottNLBlankschteinDHattonTA.MacromolectdesJ:ZhaoGXXiaoJx.JCo//o/dInterfSciJ:.HerringtonKLKahrEWMillerDDeta.JPhysChemJ:TENGHongNi(膝弘霓)CHENLi(陈莉)LIUHong·Ial(刘洪来)eta/.AaaCh/mS/n(化学学报)J():TENGHongNi(膝弘霓)MENGLei(盂雷)LIUNanHui(刘南辉)et.a/.JEastChinaUn/v(牟东理工大学学报)J:IbelKMayRPKirschnerKet.EurJBiochemJ:PropertyandExtractabilityofAqueousTwophaseSystemofSDS/CTAB/IIOTENGHongNi’LINYuShengWANGFeiLIYanWei(CollegeofChemistryandMolecu~r西lg】e力Q~soUni~rsityofScienceandTechnologyQingdao)AbstractThecationicanionicsuffactantmixmmsareabletoformanaqueoustwophasesystem(ATPS).ThepseudoternaryphasediagramofSDS/CTAB/HO/NaSOsystemhasbeenexaminedinthepaper.Theflac岫relatingtheformationtimeofATPSandthedistributioncoefficientofbovineserumalbumin.(BSA)andtryptophane(Trp)indifferentATPSregionshavebeeninvestigated.ItisshownthatsaltkindanditsconcentrationandthephasevolumeratioofsystemhaveimportantinfluenceontheATPSformingtime.ItneedsatleasthforSDS/CTAB/HsystemtoformATPS.HowevertheATPSformingtimewouldreducetominifthereis.nll/LNaSOinthesystem.WhentheratiooftopvolumetobottomvolumeistheATPSformingtimeisshortest.Thehigherthehydrophobicityofthecompoundtheeasieritwouldbeextractedbythesurfactantrichphase.SmallwatersolublecompoundcannotbeextractedinATPS.Whentheelectricityofcompoundisjustoppositetothatoftheorderedcombiningstructureofsuffactantrichphasethedistributioncoefficientwouldbemuchhigh.Keywordsaqueoustwophasesystemcationicanionicsuffactantmixtureextractionbovineserulnalbumin维普资讯http:wwwcqvipcom

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