无机盐_低分子有机物双水相体系的研究及其应用.pdf

湘潭大学硕士学位论文无机盐/低分子有机物双水相体系的研究及其应用姓名：辜鹏申请学位级别：硕士专业：工业催化指导教师：谢放华20080607摘 要 本文主要研究一种新型的双水相体系—无机盐/低分子有机溶剂双水相体系，对该种体系的成相机理、分相时间、相平衡等进行研究通过分析比较最终确定硫酸铵/乙醇双水相体系在所研究的双水相体系中综合分离效果最佳，主要研究内容如下： (1) 建立了一种初步分析普通有机溶剂和无机盐双水相体系分相能力的实验和判断方法：创新性的以K盐及K有机溶剂作为分相能力的判据依据，即K盐或K有机溶剂愈大，分相能力愈强该方法比文献上的V∆判据更为合理，在研究范围内具有普遍适用性通过分相因子考察法得出所研究体系的无机盐、有机溶剂分相能力的大小分别为：(NH4)2SO4﹥K2HPO4﹥NaH2PO4；乙醇﹥异丙醇 (2) 初步探讨了有机溶剂/无机盐双水相体系分相时间的影响规律，为双水相体系萃取能力的研究提供了必要的理论基础 (3) 实验得到了20℃时各体系形成双水相的质量浓度范围分别为：异丙醇/硫酸铵双水相体系双水相成相范围为：异丙醇11.02%～80.657%，水18.684%～64.473%，硫酸铵0.38%～38.87%；乙醇/硫酸铵双水相体系双水相成相范围为：乙醇7.077%～77.499%，水22.353%～60.384%，硫酸铵0.15%～37.82%；乙醇/磷酸氢二钾双水相体系双水相成相范围下限为：乙醇3.92%，水30.199%，磷酸二氢钾0.68%；乙醇/磷酸二氢钠双水相体系双水相成相范围为：乙醇7.936%～71.934%，水22.146%～59.038%，磷酸二氢钠0.138%～55.50%。

(4) 通过实验我们最终确定乙醇/硫酸铵双水相体系为最佳的萃取体系 (5) 建立一种考察芦丁在乙醇/硫酸铵双水相体系中分配系数的考察方法，分别考察了组分含量、温度对芦丁分配的影响最终确定实验优化条件：硫酸铵25%(wt%)、乙醇22%(wt%)、水53%(wt%)；萃取温度20℃～30℃ (6) 建立了两种初步分离银杏叶黄酮的分离工艺，通过实验证明，双水相体系对黄酮类药物有很好的富集作用 关键字：低分子有机溶剂；无机盐；分相因子；相平衡；分相时间；芦丁Abstract We mainly research a new kind of aqueous two-phase separation system which is salts and low-molecular-weight organic solvents two-phase system. The studys refer to the basic phase-formed principles and the phase-formed time and the equilibrium of this system. We found the ammonium sulfate / alcohol two-phase system’s effect was obvious superior to other systems in our research area. The mainly content as following: (1) We established a preliminary experiments and judge methods which used K saltand Korganic solvents as a basis criterion to judge the capacity of the salts and the organic solvents. The method is better than the method which has been reported in the thesis of others. The phase-formed capacity of the salts and the organic solvents as following: (NH4)2SO4﹥K2HPO4﹥NaH2PO4and ethanol ﹥ isopropanol. (2) We preliminaryly discussed phase-formed principles and the laws though researching on the phase-formed time of these systems. (3) Though the experiments we got the phase-formed concentration range of these systems upon 20 ℃ as following: ammonium sulfate /isopropanol two-phase system isopropanol 11.02%～80.657%, water 18.684%～64.473%, ammonium sulfate 0.38%～38.87%; ethanol/ ammonium sulfate two-phase system, ethanol 7.077%～77.499%, water 22.353%～60.384%, ammonium sulfate 0.15%～37.82%; ethanol/K2HPO4 two-phase system ethanol 3.92%, water30.199%, K2HPO40.68%; ethanol/NaH2PO4 two-phase system ethanol 7.936%～71.934%, water 22.146%～59.038%, NaH2PO40.138%～55.50%. (4) Through experiments we eventually determined ethanol / ammonium sulfate two-phase system to be the best extraction system. (5) We established a new kind of method to inspect the affecting factors such as component content and temperature etc how to affect the distribution of rutin. Finally we found the optimum conditions: ammonium sulfate 25%(wt%) ethanol 22%(wt%) water 53%(wt%); extraction temperature 20℃～30℃. (6)We established two separate processes and found using aqueous two-phase systems to refine the early products will greatly enhance the content of flavonoids. Keyword: low-molecular-weight organic solvents; salts; phase-formed factor; equilibrium; phase-formed time; flavonoids drugs 湘潭大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 涉密论文按学校规定处理 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 1第1章 文献综述 概述 液-液萃取技术是化学工业中普遍采用的一种分离提纯方法，随着生物技术（如基因工程、蛋白质工程、代谢工程、细胞培养工程等生物质分离及纯化技术）的高速发展常规的萃取技术在这些领域中的应用受到限制，因为大部分的生物制品其原液是具有低浓度和生物活性的，对分离条件以及环境有着严格的要求双水相萃取（Aqueous two- phase extraction，ATPE）技术正是适应这种特殊的分离要求而被广泛的应用于生物化工行业。

双水相萃取技术始于20世纪60年代，1979年德国GDF和Kula[1]等人将双水相萃取应用于生物产品的分离由于其条件温和、容易放大可连续性操作，已经成功地应用于氨基酸、蛋白质和核酸的分离和提纯国内自20世纪80年代开始对双水相技术进行研究，经过二十多年的发展已经在生物制药、分析检测、稀有金属的分析分离等领域均有研究和应用 目前国内外对双水相萃取技术的研究主要集中在：(1)双水相体系成相机理及热力学模型的探索由于双水相体系自身的复杂性，目前还没有一套完整的理论来解释双水相体系，近年来对双水相液-液相平衡的热力学模型的研究非常活跃；(2)新型、高效、廉价的双水相体系的开发如用低分子有机物与无机盐所形成的双水相体系来分离提取中草药这种双水相体系的引入，可以大大节约能耗，降低成本，简化操作流程，提高产品收率，为大规模工业化的实现提供了可能；(3)双水相萃取技术应用领域的拓展，利用其它相关技术对双水相萃取过程优化如双水相技术与相关技术的集问题，就充分的利用了双水相体系的技术和条件优势，为分离科学提供了新思维；(4)双水相萃取技术中体系的放大以及新工艺流程的开发等方面 1．1 双水相萃取技术的基本原理 1.1.1 双水相体系的形成 当一定浓度的某种有机物水溶液与其它有机物水溶液或者有机物水溶液与无机盐水溶液以一定体积比混合时，能够自然分相并形成互不相容的双水相或者多水相体系，这就是双水相体系。

从溶液理论来说，当两种有机物或者有机物与无机盐混合时，是分相还是混合成均一相，取决于混合时的熵变和分子间的相互作用力由于双水相体系本身的复杂性，体系的熵的计算很难准确以及分子间的相互作用力也 2不清楚，所以双水相的形成机理很是复杂的 对于高聚物/高聚物双水相体系[2]，按传统的理论来解释，是由于界面张力等因素形成两相之间的不对称，使得在空间上产生阻隔效应，使两相之间无法相互渗透，不能形成均一相，从而具有分离倾向，一般这种分离倾向的大小和形成双水相的两种物质的疏水性成线性关系对于有无机盐存在的双水相体系，以及新开发的表面活性剂双水相体系，这种解释就无能为力了，表1是各种双水相体系的成相机理 表1.1 双水相体系的分类以及成相原理 双水相体系的种类 成相基本原理 高聚物/高聚物 空间上产生的空间阻隔效应 高聚物/无机盐 盐析作用 低分子有机物/无机盐盐相、有机相与水分子缔合竞争 表面活性剂双水相[3] 胶束平衡共存的结果 由表1.1可知：不同的成相原理可以解释不同组成的双水相体系，但各种原理并不能普遍适用，而且各种原理间的相互关系也十分复杂因此双水相体系的成相原理以及溶液理论将有待进一步深入研究。

1.1.2 双水相萃取的基本原理 双水相萃取与一般的水-有机物萃取的原理相似，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，物质进入双水相体系。