双水相体系萃取(精)
《双水相萃取技术》课件
03
双水相萃取技术的实验操作
实验准备
01
02
03
实验材料
准备双水相萃取所需的试 剂和材料，如蛋白质溶液 、双水相体系、离心管等 。
实验设备
确保实验所需的设备齐全 ，如离心机、天平、量筒 等。
安全措施
确保实验环境安全，穿戴 适当的实验服和护目镜， 避免试剂溅出。
实验步骤
加入蛋白质溶液
将待分离的蛋白质溶液加入离 心管中。
应用范围广泛
该技术在生物、医药、环保等领域有 广泛应用，可用于蛋白质、酶、细胞 等的分离和纯化。
操作简便高效
双水相萃取技术操作简单，分离速度 快，可实现大规模生产。
环境友好
该技术使用无毒或低毒性的物质，对 环境友好，符合绿色化学的发展趋势 。
技术展望
深入研究机理
进一步深入研究双水相萃取技术的机理，提高分 离效率和选择性。
蛋白质回收率测定
测定蛋白质的回收率，评估双水相萃取技术的效 果。
3
数据分析
对实验数据进行统计分析，了解双水相萃取技术 的分离效果和影响因素。
04
双水相萃取技术的优缺点
技术优势
高分离效率
双水相萃取技术能够实现高效率的分离过程，对于一些难以分离 的物质，如蛋白质、酶等，能够实现快速、准确的分离。
低成本
收集上清液
将上清液收集到适当的容器中 ，以便后续分析。
配制双水相体系
按照所需的浓度配制双水相体 系，确保比例准确。
离心分离
将离心管放入离心机中，设定 适当的转速和时间进行离心分 离。
清洗沉淀
清洗离心管中的沉淀，确保蛋 白质的纯度和回收率。
实验结果分析
1 2
双水相萃取的原理
双水相萃取的原理双水相萃取是一种常用的分离和提纯技术，广泛应用于化工、生物制药、环境保护等领域。
其原理是利用两种不相溶的溶剂相，在其界面上形成的萃取膜来实现目标组分的传质过程。
双水相萃取的原理基于目标物质在两种不同相溶剂中的分配系数不同，通过在两相之间的传质过程实现目标物质的分离和提纯。
在双水相萃取中，通常选择两种不相溶的有机溶剂和水相作为两相。
有机相通常选择具有较好的萃取性能和分配系数的有机溶剂，如乙酸乙酯、正庚烷等；水相则选择水或者含有盐类、酸碱等物质的溶液。
通过合理选择两种相溶剂，可以实现对目标物质的高效分离和提取。
在双水相萃取的过程中，首先将两相混合并充分搅拌，使目标物质在两相之间达到平衡分配。
然后，通过分离器将两相分离，得到含有目标物质的有机相和不含目标物质的水相。
接下来，可以通过再次萃取、结晶、蒸馏等方法对有机相进行进一步的提纯，最终得到纯净的目标物质。
双水相萃取的原理是基于目标物质在两种不同相溶剂中的分配系数不同，利用两相之间的传质过程实现目标物质的分离和提纯。
通过合理选择两种相溶剂，并通过混合、分离和进一步提纯等步骤，可以实现对目标物质的高效分离和提取。
双水相萃取技术具有操作简便、成本较低、分离效果好等优点，因此在工业生产和实验室研究中得到了广泛应用。
总的来说，双水相萃取技术是一种重要的分离和提纯技术，其原理简单而有效。
通过合理选择相溶剂和优化操作条件，可以实现对目标物质的高效分离和提取，为化工、生物制药、环境保护等领域提供了重要的技术支持。
希望通过本文的介绍，读者对双水相萃取的原理有了更深入的了解。
双水相萃取全解
( aqueous two-phase extraction )
主要内容：
一、双水相萃取的基本理论 二、双水相萃取工艺流程操作
三、影响双水相的因素
四、双水相萃取的应用 五、双水相萃取技术的发展
前 言
• 双水相萃取现象最早是1896年由Bei jerinck 在琼脂与可溶性淀粉或明胶混合时发现的， 这种现象被称为聚合物的“不相溶性” (incompatibility)。 • 20 世纪 60 年代瑞典 Lund 大学的 Albertsson P A及其同事们最先提出双水相萃取技术并做 了大量的工作。 • 70年代中期西德的Kula M R和Kroner K H等 人首先将双水相系统应用于从细胞匀浆液中 提取酶和蛋白质，大大改善了胞内酶的提取 效果。
R=Vt／Vb，K=Ct／Cb，G=1/RK， Y=（1+1／RK）-1 ×100％ 式中：R－相比；Vb－下相体积，mL； Vt－上相体积，mL； K－分配系数； Cb－下相溶质的质量浓度，g／mL； Ct －上相溶质的质量浓度，g／mL； G－上、下相溶质的质量比； Y－萃取率，％。
(3) 双水相相图制作
① 聚合物∕聚合物ห้องสมุดไป่ตู้水相
当2种聚合物混合时，由于2种聚合物 间存在较强的斥力或空间阻碍，使2者无 法相互渗透，不能形成均一相，故达到平 衡后形成两相，这2种聚合物分别位于互 不相溶的两相中，即形成聚合物/聚合物 双水相体系。
聚合物双水相形成机理
两种聚合物 相互混合 体系熵的增加 两个因素 混合 分离（聚合物的不相容性） 分子间作用力
6）无机盐的浓度
盐的正、负离子在两相间分配系数不 同，两相间形成电位差，从而影响带电 生物大分子的分配。无机盐浓度的不同 能改变两相间的电位差。
双水相萃取的原理及应用ppt课件
如以Dextran 500(MW 500 000) 代替Dextran 40（MW 40 000）, 即增大下相高聚物的分子量，被 萃取的低分子量物质如细胞色素C 分配系数增加并不显著。然而， 被萃取的大分子量物质，如过氧 化氢酶的分配系数可增大到原来 的6~7倍。
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ATPE 的基本原理
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1
组员:
刘文荣 王嘉犀 范倩 何亚玲
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NF-κB信号通路
2内容 Content1、双水相萃取的历史 2.双水相萃取的基本原理 3.双水相萃取的特点
4.双水相萃取的应用
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英英释义
3
ATPE 的历史：
Beijerinck （？？-）
早在1896年,Beijerinck发现,当 明胶与琼脂或明胶与可溶性淀 粉溶液相混时,得到一个混浊不 透明的溶液，随之分为两相,上 相富含明胶,下相富含琼脂(或 淀粉), 这种现象被称为聚合物 的不相溶性，从而产生了双水 相体系(Aqueous two phase system,ATPS)。
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ATPE 的历史：
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ATPE 的基本原理:
萃取：利用物质在两种互不混溶的溶剂中的分配 差异进行分离的技术。 有机溶剂萃取：以与水互不相溶的有机溶剂作萃 取剂从水相中萃取目的产物，广泛应用于抗生素、 有机酸、维生素等发酵产品生产。用于蛋白质、核 酸、酶等生物大分子的分离很少成功。 反萃取：使用水溶液从有机溶剂中萃取水溶性的 物质。
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ATPE 的基本原理
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ATPE 的基本原理:
双水相萃取与 水-有机相萃取的 原理相似,都是依 据物质在两相间 的选择性分配。
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两水相萃取法
（六）、荷电PEG作为成相聚合物
在聚合物上引入电荷可以增大两相间的电位差。可以在 PEG或聚葡糖上引入带电荷的基团。但从式(19—19)来看， 相间电位差与电荷数成反比，而每一葡聚糖分子上可以引入 很多带电荷的基团，故效果较差。相反每一分子PEG只含两 个羟基，只能引入两个荷电基团，故使电场增大的效果较好。
如果产品是蛋白质，并且分配在盐相，则盐可以在错流 过程操作方法下，用超滤或渗析的膜过滤回收。
膜分离是分离和浓缩被纯化的蛋白质并同步去除聚合物 的最佳方法。
如果蛋白质积聚在聚乙二醇中，可以通过加入盐来精 制，加入的盐导致蛋白质在盐相中重新分配。
PEG的分离同样可以用膜分离来实现，即用选择性孔 径较大的半透膜来截留蛋白质，同时排除PEG进行回收。
（三）、盐类的影响
各种无机离子在PEG – Dx 两相中的分配系数如表19— 2所示：
由于各相应保持电中性，因而 在两相间形成电位差，这对带电生 物大分子，如蛋白质和核酸等的分 配，产生根大影响，参见式(19— 10)。
例如：加入NaCl对卵蛋白和溶 菌酶分配系数的影响见图19－4。
由此可见，加入适当的盐类， 会大大促进带相反电荷的两种蛋白 质的分离。
通常将蛋白质分配在上相(PEG)，而细胞碎片分配在下 相(盐)。反过来的情况对相的分离不利，因为当上相含固量 高时，分离机的性能会受到影响。
从表19—3可见，在大多数场合下收率都能达到90％， 分配系数在1—20之间，多数场合大于3；很多杂蛋白也能 同时除去。
PEG／盐系统用得很广，主要由于PEG价廉和其选择 性高于PEG／粗葡聚糖系统的缘故。
二、相 图
对于由P, Q两种聚合物和水组成的系统，当P、Q达到 一定浓度时才会形成两相。图中曲线把均匀区域和两相区 域分隔开来, 称为双节线。
蛋白分离纯化技术之双水相萃取技术
蛋白分离纯化技术之双水相萃取技术双水相萃取是一项蛋白分离和蛋白纯化技术，是利用物质在两相间的选择分配差异而进行分离提纯的，目前已经被广泛应用与医药化学、细胞生物学、生物化工和食品工业等领域。
双水相萃取技术用于提取蛋白质等生物活性物质时，具有操作简单、体系含水量高，在萃取过程中可以保持物质的构象稳定、蛋白不易失活并获得高的萃取率的特点。
1、双水相萃取技术可分离和纯化蛋白双水相萃取技术可以用于蛋白分离和蛋白纯化，包含在一些蛋白分离公司提供的服务。
早期，如在20世纪60年代，有研究者全面进行了生物大分子在双水相系统中的分配行为的研究，得到了蛋白质、酶、核酸、病毒、抗体抗原复合物以及细胞等的分配数据。
双水相系统具有温和的操作条件，对于在极性条件下易造成变性失活的蛋白质和酶的提取中表现出了很大的优势。
双水相萃取法进行蛋白分离和蛋白纯化的原理是：聚合物与聚合物之间或聚合物与盐之间由于分子空间阻碍作用形成了双水相。
当待分离物质进入体系后，由于各组分表面性质、电荷作用和各种力的作用和溶液环境的影响，使其在上、下相中的分配系数不同，通过调节体系参数使被分离物质在两相间选择性分配，从而实现目标组分的分离纯化。
双水相萃取技术进行蛋白分离和蛋白纯化具有以下优点：（1）易于放大，各种参数可以按照比例放大而不降低产物收率[1]；（2）双水相系统传质和平衡过程速度快，回收效率高、能耗较小；（3）易于进行连续化操作、设备简单，且可以直接与后续提纯工序相连接，无需进行特殊处理；（4）相分离条件温和，双水相体系的张力很小，有利于保持生物分子的活性，可以直接用在发酵液中；（5）影响双水相体系的因素比较复杂，可调参数多，便于改变操作条件提高纯化效果。
美迪西提供蛋白质分离纯化技术服务，可以根据客户要求，提供从小试到规模生产全程的蛋白分离纯化服务，并根据工艺的要求结合产品特点给客户定制适用的工艺和系统。
2、双水相萃取技术分离和纯化物质的研究α-淀粉酶是一类用途十分广泛的酶，在粮食、食品加工，以及医药行业等都经常使用，由于α-淀粉酶是具有重要应用价值的工业酶，周内外很多课题组对它进行了研究。
双水相的萃取原理及应用
双水相的萃取原理及应用双水相萃取是一种常用的分离纯化技术，其原理是将两种互不相溶的溶剂（一般是水和有机溶剂）在适当的条件下混合形成两个相，通过溶质在两相间的分配系数差异，使溶质转移到另一相中来实现分离纯化。
双水相萃取技术在生物医药、食品工业、环境监测等领域有广泛的应用。
双水相萃取的原理可以通过亲水基团和疏水基团之间的相互作用来解释。
当有机溶剂向水中注入时，溶剂分子中的疏水基团与水中的活泼基团（如羟基和胺基）发生作用，形成一层水合包裹层。
这种水合包裹层使有机溶剂和水发生互溶性差异，从而使两种溶剂形成不相容的两个相。
双水相萃取的应用可以归纳为以下几个方面：1. 生物活性物质分离纯化：双水相萃取广泛应用于生物活性物质分离纯化领域，例如从植物提取出天然产物（如植物提取物中的生物碱、黄酮、甾醇等）；从微生物培养液中提取酶、蛋白质等生物活性物质；海洋生物样品的提取等。
双水相萃取可以有效地分离目标物质并去除一些干扰性物质，提高目标物质的纯度和产率。
2. 蛋白质的分离纯化：双水相萃取可以用于蛋白质的分离纯化。
由于蛋白质在不同的条件下会有不同的溶解度，通过调节溶剂的性质和条件，可以使目标蛋白质在双水相中的分配系数大于1，从而实现蛋白质的富集和分离纯化。
3. DNA/RNA的提取：双水相萃取也可用于DNA/RNA的提取。
DNA/RNA在某些条件下与有机溶剂形成复合物，可以通过双水相萃取的方法将DNA/RNA 从混合物中分离出来。
这是分子生物学研究中常用的一种DNA/RNA提取方法。
4. 药物研发：双水相萃取在药物研发中有着重要的应用。
药物研发中常常需要提取、分离纯化目标化合物，双水相萃取可以通过调节溶剂体系的性质和条件，实现对复杂混合物中目标化合物的分离纯化，从而提高化合物的纯度和产率，为药物研发提供了有效的手段。
除了上述应用外，双水相萃取还可以用于环境监测、食品工业等领域。
例如，在环境监测中，可以利用双水相萃取将有机污染物和水样分离，进而进行有机污染物的检测与分析。
双水相萃取技术
中草药成分等) 在双水相体系中服从Nernst分配定律:
K = Ct / Cb
其中ct 、cb 分别代表溶质在上相、下相中的浓度。
系统固定时,分配系数为一常数,与溶质的浓度无关。 当目标物质进入双水相体系后,在上相和下相间进行选择 性分配,这种分配关系与常规的萃取分配关系相比,表现出
长素等大分子生物物质的分离与纯化,取得了较好的成效。
近年来,双水相萃取技术的分离对象进一步扩大,已包括了 抗生素、多肽和氨基酸、重金属离子和植物有效成分中的
小分子物质。下表为近年来双水相萃取技术在生物物质分
离的部分应用实例。双水相萃取技术在生物工程分离中已 经显示了良好的应用前景。
EOPO为环氧乙烷（EO）和环氧丙烷（PO）的随机共聚物
表面电荷 当盐的正、负离子对上、下两相有不同的亲和力， 即正负离子的分配系数不同时，就会在相间产生电位， 此电位差的大小为：
U2－ U1=[RT㏑(KB
Z-
÷ KA
Z+
)]/[F(Z+－Z-)]
、 KA
Z+分别表示
其中， U1、U2分别表示相1和相2的电位；Z+、Z-分 别表示一种盐的正、负离子价； KB
一般可获得较大的分配系数，也可调节被分离组分
在两相中的分配系数， 使目标产物有较高的收率；
⑶ 传质速率快,分相时间短。双水相体系中两相的含水 量一般都在80%左右，界面张力远低于水-有机溶剂 两相体系，故传质过程和平衡过程快速； ⑷ 操作条件温和，所需设备简单。整个操作过程在室 温下进行，相分离过程非常温和，分相时间短。大
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双水相萃取技术
早在1896年,Beijerinek发现，当明胶与琼脂或明胶与可溶性淀粉溶液相混时，得
到一个混浊不透明的溶液，随之分为两相，上相富含明胶，下相富含琼脂（或淀粉，这
种 现象被称为聚合物的不相溶性（incompatibility,从而产生了双水相体系（Aqueous
two p hase system,AT PS
传统的双水相体系是指双高聚物双水相体系，其成相机理是由于高聚物分子的 空
间阻碍作用，相互无法渗透，不能形成均一相，从而具有分离倾向，在一定条件下即可
分为二相。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，相分离的倾向也就越大。可形成双水相体系的聚合物有
很多典型的聚合物双水相体系有聚乙二醇（Polyethylene glycol,略作PEG/葡聚糖
（dextran,聚丙二醇（polypropylene glycol/聚乙二醇和甲基纤维素
（methylcellulose/葡聚
糖等。另一类双水相体系是由聚合物/盐构成的。此类双水相体系一般采用聚乙二 醇
（Polyethylene glycol作为其中一相成相物质，而盐相则多采用硫酸盐或者磷酸盐。
萃取原理
双水相萃取与水-有机相萃取的原理相似，都是依据物质在两相间的选择性分
配。当萃取体系的性质不同时，物质进入双水相体系后，由于表面性质、电荷作用和 各
种力（如憎水键、氢键和离子键等的存在和环境因素的影响 ，使其在上、下相中的 浓
度不同。物质在双水相体系中分配系数 K可用下式表示：
K= C上/ C下
其中K为分配系数,C上和C下分别为被分离物质在上、下相的浓度。
分配系数K等于物质在两相的浓度比，由于各种物质的K值不同，可利用双水相
萃取体系对物质进行分离。其分配情况服从分配定律 ，即，在一定温度一定压强下，
如果一个物质溶解在两个同时存在的互不相溶的液体里，达到平衡后，该物质在两相 中
浓度比等于常数”分离效果由分配系数来表征。
由于溶质在双水相系统两相间的分配时至少有四类物质在两个不同相系统共存 要分
配的物质和各相组分之间的相互作用是个复杂的现象，它涉及到氢键、电荷相
互作用、范德华力、疏水性相互作用以及空间效应等 ，因此,可以预料到溶质在双水
相系统中两相间的分配取决于许多因素，它既与构成双水相系统组成化合物的分子 量和
化学特性有关 也与要分配物质的大小、化学特性和生物特性相关。
大量研究表明，生物分子在双水相系统中的实际分配是生物分子与双水相系统
间静电作用、疏水作用、生物亲和作用等共同作用的结果 ，形式上可以将分配系数
的对数值分解为几项：
InK = In Km+I nKe+ln Kh+I nKb+l nKs+l nKc
式中,Ke-----静电作用对溶质分配系数的贡献；
Kh——疏水作用对溶质分配系数的贡献；
Kb-----生物亲和作用对溶质分配系数的贡献；
Ks-----分子大小对溶质分配系数的贡献；
Kc-----分子构型影响对溶质分配系数的贡献；
Km -----除上述因素外的其它因素影响对溶质分配系数的贡献。
值得指出的是，这些因素中虽然没有一个因素完全独立于其它因素 ，但一般来说,
这些不同的因素或多或少是独立存在的。
影响待分离物质在双水相体系中分配行为的主要参数有成相聚合物的种类、成
相聚合物的分子质量和总浓度、无机盐的种类和浓度、 pH值、温度等。
双水相的优势
A TPE作为一种新型的分离技术，对生物物质、天然产物、抗生素等的提取、 纯化
表现出以下优势：
(1含水量高(70%--90%,在接近生理环境的体系中进行萃取，不会引起生物活性 物
质失活或变性；
(2可以直接从含有菌体的发酵液和培养液中提取所需的蛋白质 (或者酶，还能不
经过破碎直接提取细胞内酶，省略了破碎或过滤等步骤；
(3分相时间短，自然分相时间一般为5min~15 min;
(4界面张力小(10-7~10-4mN/m,有助于两相之间的质量传递,界面与试管壁形成 的
接触角几乎是直角；
(5不存在有机溶剂残留问题，高聚物一般是不挥发物质，对人体无害;
(6大量杂质可与固体物质一同除去；
(7易于工艺放大和连续操作，与后续提纯工序可直接相连接，无需进行特殊处理；
(8操作条件温和，整个操作过程在常温常压下进行；
(9亲和双水相萃取技术可以提高分配系数和萃取的选择性。
虽然该技术在应用方面已经取得了很大的进展，但几乎都是建立在实验的基础
上，到目前为止还没能完全清楚地从理论上解释双水相系统的形成机理以及生物分 子在
系统中的分配机理。
应用
双水相萃取技术已广泛应用于生物化学、细胞生物学、生物化工和食品化工等
领域，并取得了许多成功的范例，主要是分离蛋白质，酶，病毒，脊髓病毒和线病毒的
纯 化，核酸,DNA的分离，干扰素,细胞组织,抗生素，多糖，色素，抗体等。
此外双水相还可用于稀有金属/贵金属分离，传统的稀有金属/贵金属溶剂萃取方 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。双水相技术萃取 技
术引入到该领域，无疑是金属分离的一种新技术。
目前，用此法来提纯的酶已达数十种，其分离过程也达到相当规模，1-Horng Pan
等
人利用PEG1500/ NaH2P04体系从Trichoderma koningii发酵液中分离纯化 伕木糖 苷
酶,该酶主要分配在下相，下相酶活回收率96.3%,纯化倍数33;
双水相体系分类
高聚物/高聚物双水相体系
高聚物/无机盐双水相体系
低分子有机物/无机盐双水相体系
表面活性剂双水相体系