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离子液体双水相萃取的应用研究进展.pdf

离子液体双水相萃取的应用研究进展

牛家神通
2013-05-16 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《离子液体双水相萃取的应用研究进展pdf》,可适用于高等教育领域

第卷第期姜大雨等:离子液体双水相萃取的应用研究进展匦匦化学试剂()离子液体双水相萃取的应用研究进展姜大雨,朱红王良马春宏闫永胜王庆伟“(I.吉林师范大学化学学院吉林四平.江苏大学化学化工学院江苏镇江)摘要:离子液体作为一种环境友好的反应介质具有熔点低、蒸气压小、电化学窗口大、酸性可调及良好的溶解度、黏度和表面张力等特点。双水相萃取与传统的萃取及其他分离技术相比具有操作条件温和、处理量大、易于连续操作等优点。作为一种高效而温和的新型绿色分离体系离子液体双水相体系结合离子液体和双水相萃取的优点萃取过程中在保持生物物质的活性及构象等方面有明显的技术优势。离子液体双水相的研究取得了一些阶段性的成果越来越受到关注。介绍了离子液体双水相体系及其优点综述了离子液体双水相体系在生物工业分析、药物分析和金属分离等方面的应用展望了离子液体双水相体系的应用前景。关键词:离子液体双水相萃取应用研究进展中图分类号:TQ文献标识码:A文章编号:·()离子液体(IonicliquidIL)¨’o是一种新型的绿色溶剂是完全由离子组成的盐类在室温或室温附近呈液体状态因此也称为室温熔融盐或室温离子液体。一般由含氮、磷的有机阳离子和无机阴离子组成。改变阴阳离子组成可以合成不同性质的离子液体是“可设计的”。离子液体选择性的溶解能力和合适的液态范围使其在多种萃取分离中得到了广泛的研究和应用因而又被称作液体“分子筛”"·。双水相萃取技术(AqueoustwophaseextractionATPE)又称水溶液两相分配技术(Partionoftwoaqueousphaseextraction)是近年来出现的引人注目极有前途的新型分离技术¨j。。ATPE技术始于世纪年代从年瑞典伦德大学Albertsson¨发现双水相体系到年德国GBF的Kula等¨将双水相萃取分离技术应用于生物产品分离虽然只有二、三十年的历史但由于其条件温和、容易放大、可连续操作等特点目前已成功地应用于蛋白质、核酸和病毒等生物产品的分离和纯化双水相体系也已被成功地应用到生物转化及生物分析中¨。离子液体双水相是继高聚物双水相之后近年发现的一种可用于萃取分离物质的新体系一。与传统有机溶剂萃取法比较具有无毒、安全、简便、快速等优点与高聚物双水相比较溶液酸度范围较宽、不易乳化、界面更清晰、离子液体经简单处理可再利用。离子液体双水相体系简介.离子液体双水相体系概述离子液体双水相体系(IonicliquidsaqueoustwophasesystemILATPS)通常由一种有机盐(亲水性离子液体)、一种无机盐(如磷酸盐、碳酸盐、氢氧化物等)和水形成它综合了离子液体和双水相体系的优点。作为一种高效而温和的新型绿色分离体系与传统的亲水性聚合物一无机盐双水相体系相比离子液体双水相体系具有分相时间短、黏度低、萃取过程不易乳化且离子液体可以回收利用等优点这些优点刚好克服了传统双水相体系的缺点因此离子液体双水相体系受到越来越多研究者的关注¨“。Gutowski等∽于年首次提出了离子液体双水相的概念研究发现了亲水性离子液体Bmimc和水合磷酸钾可以形成上相富集离子液体和下相富集磷酸钾的双水相体系并且证明这一双水相体系可能在分离萃取上有极好地应用前景。此后陆续报道的可形成双水相体系的离子液体包括:Bmimcl、Hmimcl、OmimCl、DmimCl、BmmimCl、BPycl、TBAcl、收稿日期:基盒项目:国家自然科学基金资助项目()吉林省教育厅基金项目()。作者简介:姜大雨()男吉林延边人博士副教授主要从事环境分析化学研究。万方数据Administrator高亮Administrator高亮Administrator高亮化学试剂年月TBPC、BmimBr、TBABr、BmimBF。、BPyBF。和BmimNO等。可形成离子液体双水相的无机盐包括:KPO。、K:HPO。、NaHPO。、NailP、(NH)S、KC、NaC、KOH、NaOH等¨¨。另外张锁江等¨发现亲水性离子液体BmimBF。和糖也可以形成双水相体系。目前关于离子液体双水相体系液.液相平衡的数据也在不断涌现。夏寒松等¨副研究了影响离子液体双水相形成的主要因素。Bridges等。J测定了离子液体BmimCl、BPyCl、Bmmimcl、TBACl、TBPcl和无机盐KPO。、K:HPO。、K:CO、(NH):SO。、KOH所形成的多种双水相体系的相图。Deng等¨纠报道了种离子液体(BmimCl、Hmimcl和OmimC)及两种无机盐(KPO。和K:CO)形成的种双水相体系的相平衡数据。Zafarani.Moattar等¨叫研究了BmimBr/KP和BmimBr/KHP双水相体系的相行为提供了这两个体系的相平衡数据。Pei等Ⅲ测定了不同碳链长度(c。一C。。)的离子液体BmimCI、HmimCl、BmimBr、HmimBr、OmimBr、DmimBr和无机盐KOH、KHPO。、K:CO、KPO。所形成的多种双水相体系在.℃下的相平衡数据及部分体系在.和.℃的相平衡数据。刘丙艳等¨副采用浊点.密度法测定了BmimBF。/Na:CO双水相体系的液一液相平衡数据并作了关联计算。.离子液体双水相体系的优点离子液体/盐双水相作为一种新型的绿色体系在分离和纯化方面表现出更大的优势¨|:)体系易于放大各种参数可以按比例放大而产物的回收率并不降低这点对于工业应用尤为有利)体系内传质和平衡速度快回收率高可达到%以上比起其他的一些分离过程其能耗小)体系的相间张力大大低于有机溶剂与水的相间张力分离条件温和因而能保持绝大部分生物分子的活性)操作条件温和整个过程可在常温常压下进行)离子液体的蒸汽压几乎为零不会出现像有机溶剂那样因挥发而引起环境问题)与传统的高聚物双水相相比可更好的控制乳化现象。离子液体双水相萃取的应用.在生物工业分析中的应用离子液体双水相萃取在生物工业分析中有着广泛的应用可以萃取分离抗生素、食用色素、分离提纯蛋白质及萃取其他生物活性物质。..萃取分离抗生素离子液体/无机盐双水相与传统的聚合物/无机盐双水相一样可应用于抗生素的萃取分离。Soto等【叫考察了应用OmimBF/NailP双水相分离阿莫西林和氨苄青霉素比较了两种不同pH(pH和pH)对分配系数的影响并用NRTL模型对实验数据进行了拟合。结果表明离子液体与抗生素分子间的静电相互作用对抗生素在双水相中的分配系数有重要影响抗生素的分子结构也影响其在离子液体中的溶解度带有活度系数的简单液.液萃取模型(NRTL模型)可以很好地解释离子液体萃取相关实验数据。刘庆芬等旧M列用BmimBF。/Nail:PO。双水相体系分离了青霉素G钾盐考察了NaH:PO。浓度、青霉素浓度以及离子液体用量对双水相形成和萃取率的影响。结果表明:离子液体双水相萃取青霉素是一项高效分离新技术体系pH为时青霉素的萃取率可达.%萃取过程不发生乳化现象而且青霉素的降解率也有所降低。Jiang等一o在采用相同的体系萃取青霉素后又采用憎水性离子液体BmimPF。对富离子液体相进行了二次萃取以此实现离子液体与青霉素的分离。赵弟海等旧纠建立了由亲水性离子液体EPyBr和KHPO。形成的双水相体系对鸡蛋中痕量氯霉素(CAP)检测的高效液相色谱方法。优化了离子液体EPyBr和K:HPO。成相的条件研究了萃取CAP的最佳体系。采用混合溶液(pH磷酸盐溶液、NaCI溶液、甲醇)提取样品离子液体双水相体系富集y(甲醇):V(水)::为流动相流速.mL/minuV检测器检测波长nm柱温℃进样量“L。对鸡蛋中氯霉素残留进行了测定在.~mg/L范围内CAP的响应峰面积与其相应浓度呈良好相关性(r=.)。不同浓度的回收率为.%一.%相对标准偏差为.%一.%。该方法检测鸡蛋中氯霉素残留具有干扰小、速度快、灵敏度高等优点。最低检出限为“g/kg。张建敏等旧钊提出了一种在离子液体双水相中抗生素类药物制备分离一体化的新方法即亲水性离子液体溶液酸化后加入无机盐形成双水相万方数据第卷第期姜大雨等:离子液体双水相萃取的应用研究进展从水溶液中析出抗生素盐或者抗生素发酵滤液分离富集于离子液体相。体系中水溶液为循环母液离子液体本身又不挥发因此离子液体不损失可以循环使用。..萃取分离食用色素邓凡政等心¨建立了由亲水性离子液体BmimBF。和NaH:PO。形成的双水相体系萃取分离苋菜红的新方法。研究了盐的浓度、离子液体浓度、溶液酸度和其他共存物质对苋菜红萃取率的影响。结果表明Nail:PO。加入量在.g离子液体量在.~.mL苋菜红溶液量在.mL溶液酸度在pH~范围离子液体双水相体系对苋菜红有较高的萃取率(E%>)并且分相迅速界面清晰无乳化现象。..分离提纯蛋白质邓凡政等旧引用亲水性离子液体BmimBF。/KHPO。双水相体系萃取分离牛血清白蛋白(BSA)研究了不同种类盐、盐的浓度、离子液体浓度以及蛋白质浓度、溶液pH及其他共存物质对双水相体系的影响和BSA萃取效率的影响。结果表明KH:PO。浓度为g/L离子液体浓度为~g/LBSA浓度为一mg/L溶液酸度在pH之间离子液体双水相体系对BSA有较高的萃取率。邓凡政等嵋引还在离子液体BmimBF。和NaHPO。形成的双水相体系中研究了茜素红s(ARS)与牛血清白蛋白(BSA)作用形成复合物的光谱行为及离子液体的用量、盐的浓度、溶液酸度及共存物质对体系成相及复合物测定影响。结果表明在总体积为.mL的离子液体双水相中离子液体用量在.mL磷酸二氢钠量在.g茜素S.mLARS与BSA复合物吸光度较大。在离子液体相中复合物摩尔吸光系数(占)为.×一L·mol~·cm~最大吸收波长在lnm比单纯ARS红移nlTl并初步探讨了茜素红s与牛血清白蛋白之间的作用机理。Ruiz。Angel等"叫测定了BmimCI/KHP和BmimC/K:CO双水相体系的相图并结合逆流色谱分离了卵清蛋自分配系数高达而传统的双水相体系PEG/K:HPO。的分配系数仅为.。Du等”首次报道了采用离子液体BmimC/K:HPO。双水相体系直接从人类的尿液中萃取分离蛋白质分相后蛋白质富集于上层离子液体相分配系数在lO左右可以实现蛋白质的在线分离和量化分析。王军等"研究了新型离子液体NebmBF。和KH:PO。形成的双水相体系对牛血清白蛋白(BSA)的萃取行为考察了盐的加入量、离子液体浓度、溶液pH、蛋白质浓度等因素对萃取率的影响。结果表明i当KH:PO。的加入量为g/L、离子液体浓度在g/L、BSA的浓度mg/L、溶液酸度在pH..时其萃取率达.O%以上。同时将该体系应用于萃取Ot.淀粉酶萃取率达到.%。..萃取其他生物活性物质应用离子液体/无机盐双水相富集生物大分子用于分析化学的样品前处理是最近出现的新的研究方向。由于离子液体结构复杂、能与生物大分子形成氢键离子液体相很可能会大量富集生物分子。He等旧列应用BmimCI/K:HPO。从人尿液中萃取分离了睾丸激素、表睾酮经RP·HPLC分析一步萃取效率可达%一%为药物分析提供了新的方法。Cao等∞钊以山葵过氧化酶(HRP)为例研究了氯化烷基咪唑离子液体K:HPO。对酶活性和分离现象的影响包括离子液体烷基链长度和每一组分的浓度。高溶的离子液体(一丁基.甲基咪唑和氯化一乙基..甲基咪唑)和充足的水含量(>%)都是维持HRP在离子液体双水相体系中活性所必不可少的。结果表明C。miraCl有利于形成双水相和保持HRP活性。在最优化的条件下约%的HRP分离到离子液体上相中并且酶活性>%。此外与常用的聚合物.盐双水相体系相比C。mimcl双水相的黏度要低得多非常有益于实验操作。因此离子液体双水相体系被认为是有潜力的酶萃取体系。Shimojo等"纠发现大环配体可使蛋白质从水相转移到双三氟甲磺酰基咪唑离子液体中。用冠醚研究了血红素蛋白细胞色素C(Cytc)从水相到离子液体的萃取现象。含羟基组的离子液体与二环己烷并·冠一能够定量分离细胞色素c而用传统的有机溶剂转移蛋白质是微乎其微的。此外还发现细胞色素c溶解在离子液体中造成细胞色素c的结构改变从而引起其功能转换从电子转移蛋白到过氧化物酶。.在药物分析中的应用离子液体双水相萃取技术作为一种新型的萃万方数据化学试剂年月取技术已经成功地应用于药物分析中。Li等¨酬采用离子液体BmimC/KHPO.双水相体系从罂粟壳中萃取鸦片碱并提出了一种利用离子液体双水相技术结合高效液相色谱法测定鸦片碱的新方法。邓凡政等”刊则采用BmimBF/NaHPO。双水相体系研究了芦丁在离子液体双水相中分配性能考察了离子液体用量、芦丁的浓度、盐的加入量、溶液酸度和加入其他物质对芦丁在两相中分配的影响在该体系中芦丁的萃取率可达%。还利用离子液体双水相体系测定了银杏叶中芦丁的含量其平均值为.%。那吉等"引用亲水性离子液体BPyBF。和(NH.):SO。形成的双水相体系萃取分离芦丁。研究了(NH。):SO。浓度、芦丁溶液浓度、离子液体用量和溶液酸度对双水相形成和萃取率的影响。结果表明当双水相体系组成为:.g(NH。):SO。.mL离子液体..mL芦丁溶液溶液酸度在pH~范围内该离子液体双水相体系对芦丁有较高的萃取率(E%>)。樊静等”"建立了由亲水性离子液体C。mimCl与K:HPO。·H:O形成的双水相体系萃取富集农药吡虫啉和啶虫脒的方法。考察了不同种类盐对成相的影响系统试验了盐的加入量、农药溶液体积及离子液体加入量对相比的影响研究了盐及pH变化对吡虫啉和啶虫脒萃取率的影响并考察了萃取后农药最大紫外吸收光谱的变化。结果表明:当采用.g离子液体.gK:HPO.·H:OmL农药水溶液在pH萃取农药萃取率可达%少量的离子液体能达到较高的富集率。在最佳萃取条件下将方法用于环境水样中吡虫啉和啶虫脒农药的萃取测定加标回收率和相对误差分别在.%一.O%和.%一.%之间结果满意。.在金属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。邓凡政等Ⅲ建立了由亲水性离子液体BmimBR和NaHPO。形成的双水相体系萃取光度法测定铜的新方法。研究了离子液体用量、溶液酸度、铬天青S、盐的加入量对测定的影响及共存物质对Cu“萃取测定的影响及消除。在pH..范围内离子液体双水相中铬天青S及Cu形成的配合物有较高的吸光度络合比为:配合物最大吸收波长位于nm表观摩尔吸光系数占=.×L·tool。·cm~Cu“量的线性范围为.肛r,/mL。方法用于铝合金标准样品中铜的测定结果与认定值相符。使用后的离子液体经过简单处理可以重复使用。.在其他方面的应用离子液体双水相萃取除了以上的应用外还用于汽油脱硫、分离环境污染物、环境监测等。h等H¨研究了BmimPF¨BmimBF。离子液体参与的氧化/萃取同时进行的汽油脱硫体系。离子液体与汽油不互溶组成液液萃取系统。噻吩被离子液体从汽油中萃取出来并在离子液体中被过氧化氢和乙酸氧化。在℃下脱硫hBmimPF脱硫率为%BmimBF.脱硫率为%。且离子液体循环使用次脱硫率不变。Meindersma等H研究了用离子液体从庚烷中萃取分离甲苯比较了几种离子液体在和℃时的选择性如MebupyBF。、MebupyCHSO¨BmimBF(℃)和Emim甲苯磺酸(℃)结果表明MebupyBF。选择性最好同时与工业上常用的萃取剂噻吩(D“=.S彬‰。=.)相比MebupyBF萃取分配系数高、选择性好(D“=.SwheD。=.)。结论与展望离子液体双水相体系综合了离子液体和双水相体系的优点开辟了新的萃取分离体系。与传统的双水相体系相比离子液体双水相体系分相时间短、黏度低、萃取过程不易乳化且离子液体可以回收利用这些优点刚好克服了传统双水相体系的缺点因此离子液体双水相体系在生物工业分析、药物分析和金属分离等方面具有广阔的应用前景。但是离子液体双水相研究还处于刚刚起步阶段许多问题如溶质在离子液体双水相体系中的分配机理的研究、溶质的分配模型的建立、寻找更为廉价温和的离子液体双水相体系的发现、离子液体双水相体系与其他分析技术的结合、离子液体和被萃取物的高效回收利用等都有待于进一步研究解决。综上所述离子液体双水相萃取技术经过近些年的发展已经在很多领域发挥了巨大的作用并具有良好的应用前景。相信随着研究的深入万方数据第卷第期姜大雨等:离子液体双水相萃取的应用研究进展离子液体双水相萃取技术的应用领域将进一步的拓宽从而成为一种优良的萃取技术。参考文献:SEDDONKR.IonicliquidsforcleantechnologyJ.Chem.Tech.Biotech.():.WELTONT.Roomtemperatureionicliquids:solventsforsynthesisandcatalysisJ.Chem.Rev.():l.张锁江吕兴梅.离子液体一从基础研究到工业应用M.北京:科学出版社:.SHIBUKAWAMICHIKAWARBABATeta.Separationselectivityofaqueouspolyethyleneglycolbasedsep·arationsystems:DSCLCandaqueoustwophaseextractionstudiesJ.Polymer():.RIEDLWRAISERT.Membrane.supportedextractionofbiomoleculeswithaqueoustwophasesystemsJ.Desalination(/):.ALBERTSSONPA.Partitionofcellparticlesandmacro·moleculesM.NY:WileyandSon..KULAMRKRONERKHHUSTEDTH.AdvancesinbiochemicalengineeringM.NY:FiedhteA:·.郭宪厚.双水相萃取技术研究进展J.广州化工():.GUTOWSKIKEBROKERGAWILLAUERHDeta.Controllingtheaqueousmiscibilityofionicliquids:aqueousbiphasiesystemsofwatermiscibleionicliquidsandwater·structuringsaltsforrecyclemetathesisandseparationsJ.^Am.Chem.Soc.():.SEDDONKRSTARKATORRESMJ.InfluenceofchloridewaterandorganicsolventsonthephysicalpropertiesofionicliquidsJ.尸ⅡMAppl.Chem.():.徐晓冬丹媛媛李欣欣等.离子液体双水相体系及其在生物分离中的应用J.生物技术通报():.陈玉焕张锁江张建敏等.新型的双水相体系一离子液体.糖体系:中国P.·.【夏寒松余江胡雪生等.离子液体相行为(II)双水相的成相规律J.化工学报():.BRIDGESNJGUTOWSKIKEROGERSRD.Investigationofaqueousbiphasicsystemsformedfromsolutionsofchaotropicsaltswithkosmotropicsalts(salt·saltABS)J.GreenChem.():..DENGYue.feng。CHENJiZHANGDong.i.Phasediagramdataforseveralsaltsaltaqueousbiphasicsystemsat.KJ.上Chem.Eng.Data():.ZAFARANIMOATTARMTHAMZEHZADEHS.Liquldliquidequilibriaofaqueoustwophasesystemscontaining·butylmethylimidazoliumbromideandpo··tassiumphosphateordipotassiumhydrogenphosphateat.KJ.J.Chem.Eng.Data():l.PEIYuanchaoWANGJianjiLIULieta.LiquidliquidequilibriaofaqueousbiphasiesystemscontainingselectedimidazoliumionicliquidsandsaltsJ.上Chem.Eng.Data():.刘丙艳刘培元王国平等.BmimBF。一H:O·Na:CO离子液体双水相体系液液相平衡数据的测定与关联J.化工学报():..刘培元王国平.离子液体/盐双水相萃取技术的研究进展J.化学工程与装备():一.SOTOAARCEAKHOSHKBARCHIMK.Partitioningofantibioticsinatwo·liquidphasesystemformedbywa·terandaroomtemperatureionicliquidJ.Sep.Pu面死ch.():.刘庆芬胡雪生王玉红等.离子液体双水相萃取分离青霉素J.科学通报():.LIUQingfenHUXueshengWANGYu.hongeta.ExtractionofpenicillinGbyaqueoustwophasesystemofBmimBF/NailPJ.Chin.Sci.Bull.(S):·.LIUQingfenYUJiangLIWangliangeta.PartitioningbehaviorofpenicillinGinaqueoustwophasesys·ternformedbyionicliquidsandphosphateJ.s印.Sci.Techn.():.JIANGYang·yangXIAHansongGUOCheneta.PhenomenaandmechanismforseparationandrecoveryofpenicillininionicliquidsaqueoussolutionJ./rid.Eng.Chem.Res.():.赵弟海曾延波李蕾等.一种用于鸡蛋中氯霉素残留测定的吡啶类离子液体双水相体系J.分析化学():..张建敏张锁江陈玉焕等.离子液体双水相中抗生索类药物制备分离一体化的新方法:中国P..邓凡政郭东方.离子液体双水相萃取分离苋菜红的研究J.分析试验室():.邓凡政郭东方.离子液体双水相体系萃取分离牛血清白蛋白J.分析化学():..邓凡政朱陈银高贺军.离子液双水相中茜素红S与牛血清白蛋白作用研究J.淮北煤炭师范学院学万方数据lO化学试剂年月报:自然科学版():.RUIZANGELMJPINOV。CARDRBROCHSeta.Solventsystemsforcountercurrentchromatography:anaqueoustwophaseliquidsystembasedonaroomtemper·atureionicliquidJ.上Chromatogr.A。(/:.DUZhuoYUYongliangWANGJianhuaeta.Extractionofproteinsfrombiologicalfluidsbyuseofani·onieliquid/aqueoustwophasesystemJ.Chem.Ear.上():.王军张艳时召俊等.Ⅳ乙基一Ⅳ丁基吗啉离子液体双水相体系萃取分离蛋白质J.应用化工():.HEChi.yangLIShenghongLIUHuweieta.ExtractionoftestosteroneandepitestosteroneinhumanurineusingaqueoustwophasesystemsofionicliquidandsaltJ.^Chromatogr,A():.CAOQingQUANLiHEChiyangeta.PartitionofhorseradishperoxidasewithmaintainedactivityinaqueOUSbiphasicsystembasedonionicliquidJ.Talanta():.SHIMOJOKNA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