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有机溶剂萃取_
时间:2021-07-07 20:29 点击次数:85

  Chapter 4 萃 取 Solvent Extraction ? 萃取是生物判袂中常用的单元操纵 材料 前办理 生物反响 工程 生物折柳 工程 产品 固 液 分? 离 分” 离” 提 取 纯 化 精 制 何谓萃取 ? 使用在两个互不相溶的液相中各类组分( ”网罗对、象产物)熔化度的分袂,从而抵达、 辨别;的方向 划一相溶的意思,挑撰?与计划物组织左近 的溶剂” ? 分子布:局同等:组成,官能团 ? 从命萃取想法:物的介电常数查找极性相 近的溶;剂“为萃取:溶:剂. 一个非凡的溶剂要舒服以下几方面哀告: ? 有大的;萃取容量:即单位体积的萃取、溶剂 能萃取大量的产物 ? 有良好采选性:理想景况只萃取产物而”不 萃取杂质 ? 与被萃取的液相,(日常是水相)互溶度小, 且粘度低,;界面张力:不或适中,有利于、相 的分布“和两相分离. ? 溶剂:的接纳和再简单。 ? 化学从容性好,不易懂得,对配置侵“蚀性小 ? 经济性“好,价廉。易得 ? 安定性“好,无毒性“或毒性。低. ? 阔!别的萃:取剂、对溶质!的萃取!成效划分。 如疏水性的青霉素G;和V?酸性很强,其 pKa值为2.5~3.1,相对分:子原料分别为, 334和350,适宜用有机:溶剂从发酵液中 。萃取,在pH 2.5~3.0领域内,用乙酸、戊 酯和乙酸丁酯步履萃取剂的;萃取功效高 (如下表)。 青霉素在分离萃取剂中的分配系数 溶剂 乙酸戊酯 乙酸;丁酯 p!H! 2.5(溶剂/水) pH? 7.0(溶剂/水) 45/1 47/1 1/!235 1/186 乙酸乙酯 氯仿 39/1 39/1 12/1 1/260 1/220 1/190 物理萃取和化学萃取 ? ? 物理萃!取即溶质:遵守相仿”相溶的理由,在两 :相间抵达?分、派,平均,萃取剂与溶质之间不 发生化!学反应。好比,利用乙酸丁酯萃取 发酵液中的青霉素即属于物理萃取。 化学萃取则使用脂溶性萃取剂与溶质之间 的化学反应先天脂溶性复合分子结束溶质 向有机相的分配。萃取剂与溶质之间的化 学响应搜罗离子交换和络合反应等。 化学萃取中素日用石油、己烷、四氯化碳和苯等有。机; 溶剂融化萃取剂,改革萃取相的物理件?质,此时的有 机溶剂称为稀释剂(diluent)。 ? 由于氨基酸和极少极性较大的抗生素的水溶 性很强,在有机相中的分派系数很小以:至为 零,使用一般的物理萃取效用很低,需抉择 化学萃取。 ? 可用于抗生素的化。学萃取剂有长链脂肪酸 (如月桂酸)、烃基磺酸、三氯乙酸、四丁胺 ;和正十二?烷胺等。它们与抗生素造成复合物 分子的!疏水性比抗生素。分子本身高得多,从 ,而在有机相中有很高的溶解度。 萃取和反萃取 ? 在溶剂萃取分辨过程中,当完、成萃取操, 作后,为进一步纯化主张产物或便于下 一步折柳职掌的执行,平常须要将办法 产物变更到水相。这种医治水相条件, 将谋略产物从有机相转入水相的萃取操 作称为反萃取(Back extra。ction:)。除溶剂, 萃取外,其他萃取流程遍及也要涉及反 萃取操”纵。 对待一个完善的萃;取经、过,每每:在萃取和反 萃掌握之间、弥!补清洗驾御,如下”图所示, 洗?刷掌管、的目的是,除去与主旨产物同时萃 取到有机相的杂质,抬高反萃液中方针产 物的纯度。下图中虚线:展现清洗段出口溶! 液中含?有少量”主意产物,为进步、收率,需 将此溶液返回到萃取段。经过萃取、清洗 和反,萃取驾驭,大局”部方针产物。参加到反 萃相(第二水相),而大片面杂质则残留在 萃取后的料液相(称作萃余相)。 萃取、洗刷!和反萃驾驭过程示贪图 萃取体制的构成; –: 料液:供提取的溶液,平常水溶液 – 溶质:从料液中,提取出、来的物质“ – “萃取剂:用来,萃取产“物的“溶?剂 – 萃取液:溶质蜕变到萃取剂中酿成的溶液 – 萃余液:被萃取出溶质后的料液称为~. Light phase 萃取相 杂质 萃“取剂 溶质 料液(原) Heavy phase、萃余相 分。配系数 在必定温度和压力下,溶质“分拨在两个不相 溶的溶剂中到达平衡后,溶质在这!两相的 浓度比为”一;常数K,此常数称为分拨系数 是量度萃,取格式是否合?理的急急!参数: k ? y/x! y?-“---!-均衡时。溶质。在”萃取相中的浓”度 X---!-,-均衡时溶质在萃余;相中的浓度 ?操纵流程;中,分拨系数;K越大,提 取?功用!也越大,萃取就;越容、易举行 ”齐全。当K值:较小时,可能采取”分 次插;足溶剂、团结对此?提取来抬高 萃取率。 ? 产物的萃取功效与萃取溶剂和水相的性 质有关. 水相条目对萃取的用意 ? ? 1)PH 影响采选性.如青,霉素、在P?H2萃取,萃取 液中(醋酸_酯)青霉烯酸可达青霉素_权衡 2.5%,在PH:3中则降低到。4%,PH采选在使产物 安定的范围内. 2)温?度:感化稳定性,广泛在低温下举行,功用 分配子数 ?3)盐析:颓唐产物在水中的溶化度. 如提“Vb12时加硫?铵,推进Vb12从水 转入!有机相中;提青霉素!进“加Na。Cl. 鼓动青霉素从水转入有机相中 产物易溶于有机溶剂中.复关物在肯定条, 件下又要易清楚.如青,霉素可用脂肪碱“作? 带溶剂.(化学萃取) ? 4)“带溶剂:它们能与产物酿成复闭物,使 萃、取,担任 ? (、1)混杂:料液与萃!取,剂?充沛混;关变成具、有。 、很大比概况。积的乳浊液.产物自料液转入 萃取!剂中. ? (2)告辞:分辨或萃取相和萃余相 ? (3)溶剂继承:从萃取相平分离出有机溶剂, . ?所需设置:羼杂器(、如搅拌混合器 )、分离器(如碟片式离心机)、 溶剂给与安装(如蒸馏塔) ?羼杂”萃取和;辨别也可。在统一台配置 中,如Alfa-!Laval萃取、机。 萃取经过 ? ? 单级。萃取: 料液与萃取剂列入混合物中搅拌均衡后的 溶液送到辨:别器内离别得萃取相L萃余相 R,L送”到承担器. 多?级萃取:是资产分娩最常用的萃取历程 告别服;从高 产品给与率?高 溶剂用量少 单级萃取 ? 使含溶质的溶液(h) 和萃取剂(L)混 合,静止、后分成?两层。 ,多级错,流萃取:将多?个混杂-?清澄器单、元串:联 起来,各个搀、和器“中分”别通入腐烂萃取剂, 而料液从第头等通入,逐次进入下一级混?杂, 器的萃取驾驭称为多级错流接触萃取, 每次加、新溶剂, 目的;物浓度低, 萃”取完备 “ 多级逆流“萃取?将多个搀和-澄清器单元串联起 来,区别在支配两端的搀杂器中贯串通入料液 和萃取液,使料液和:萃取液逆流“接触,即构成 多级逆流交锋萃!取。 反向参加,方针物在萃取液中浓度高,耗量少” ? 三,级错流萃“取!装置a—:艾德!连式 ? 三级!错流;萃取装置b—泵混合分袂器? ? 三;级错流!萃取装配c—加挡-齐格勒战争 器 ? 三级错流萃取安装d—霍米-莫脱交锋器 乳化和去乳化 ? 本质发酵产物的萃取负责中常产生乳化现 、象。乳化即水或有机溶剂以窄小液滴步地 ,漫衍于有机!相或水相中的“气象。 ? 产生乳、化后使有!机相和水。相分层烦琐,出 现两种夹,带:①发酵废液(萃余液)中夹带 有,机溶剂(萃取液)微滴,使对象产物受到 牺牲;②有机溶剂(萃取相);中夹带发酵液 (?萃余液),给后处置掌管带来闲难。 油水是互不相容的,要变!成坚固的乳”浊,液 ,遍及要!有第三种物质-概况活性剂的存 在。 ? 外面活性!剂,指一端具亲水基!团,一端具。有亲 油:基团,发酵液中PR(O/W)是急急的表 面活,性剂. ? 若是;当表面”活性、剂的亲:水基团强度大于亲 油基团易禀赋水包油型,反之形:成油“包水型 . ? ? 产生乳化的紧张根源是发酵液中保管的 蛋白质相固体颗粒等”物质,这些物质具? 有概况活”性剂的用意,使有机溶剂(油) 和水的外貌张力低落,油或水易于以微 小液滴的局面分散于水相或油相中。 ? 爆发乳、化后,需选取某,种办法捣鬼!乳浊 ,液,提高“萃取操”纵收率。 “破乳;步伐 ? 在试验萃取把握前,对发酵液进行过滤 或絮凝浸淀治理,可废止“大局部;蛋白质 及“固体微搅,贯注乳化”情景的”发作。 ? 破乳,步伐:过滤,离心,到场电,解质,物理法( 加热,稀释释,吸附)、顶替法(戊醇”)、转型 法。 ? 提防乳、化:废止Pr. ;双水相”萃。取 Tw、o-a”queous: phase extraction 基因工程产品如蛋白质和酶广泛是胞内 产品,需经细胞破碎后“材干提取、纯化, 细胞颗粒尺!寸的转折给固-液辞别带来了困 难,同时这类产品、的活性和机能对!pH值、 温度和离子强度等境况职位特地敏感。 由于它们在?有机溶剂中的熔?化度低况且会”变 性,于是守旧的溶剂萃取法并不适宜。 采用在有机相中加多概!况活性剂出现反胶束 的宗旨可栈稔这些问题,但同样保管相的 ,分别标题。 ?所以基因工程产品的交易化。紧急!需 要筑立允,洽大范围;生产;的、经济简 :便的、快快高效的区别纯化材干。 个中双水相萃取才能(two-aqueous phase extraction,ATP:S),又称水溶液 两相分拨工夫(Partion of two aqueous phase extraction)是连年来表现的引 人能干、极有前途的新型分离能力 。 双水相萃取法的特征是能够维系产物的活性,通盘操 作!可能贯:串化,在废除细?胞“或细胞碎一会,还不妨纯化蛋 白质2~5倍,与古代的过滤法和离心:法去除细?胞碎片比、拟, 不论在收率上依旧本钱上都要出色得多。 除此以外,治理量!划一时,双水相萃取法比传?统的分别:方? 法,配置”需用量要少3~?10倍,所以已被普。及地?行?使在生物 、化学、细胞生物学和生归天工领域,举办生物转移、蛋白 质、核酸和病毒等产“品。的差别纯化!和意会等。用此“法来提 纯的酶?已达数十种,其别离经过也到达相称界限,如乙醇 脱氢酶的告辞已到达几十千克湿细胞周围,β -半乳糖苷酶 的提取也到了中试范围等。 双水相萃取法和古代!的分辩措施(如盐析或有机 溶剂沉淀等)相比也有很大的优势,如以β-:半乳 糖苷酶为例,用重淀或双水相萃取纯化的比赛 见下表。 ? 双水相:格?式:某些亲。水性高,分子聚:集物 的水溶“液赶过必定浓度后可形成两相系 统。 ? 操纵物质在不相溶的,两水相间分派系 数的分离实行萃取的方法 ? 使用:蛋白质分外是。胞内蛋白质的告?辞 纯化。 一、双水相。体系 ? 造成原。因:齐集物“的不!相容性,即聚合”物分子的 空间阻:滞功用,无法变成均一相,具有”相判袂倾! 向,必然条目下分成两相。 ? 常“用于判袂的,双”水相系统: –“双召集物:聚乙二醇(PEG)/葡聚“糖(Dex)。该 形:式上。相富含PEG,下相富含Dex; –集中物与无机盐:聚乙“二醇(PEG)/磷酸钾( KPi)。该式样上相富含PEG,下相富含KP”i。 双水相、萃取的,事理 ?遵从悬浮;粒子与其范;围物质具”有的 庞大的互相用意: – 氢键 – 电荷力 – 疏水效力 – 范德华力 – 构象效应 a 两相区 两相区 均相区 双节线 临界点 ? 双水相形式的相图(双节线) – 系线:贯串双节线上两点的直线。 ?团结系线上各?点:两相组成。同等,体积”分散 。 ?系线(,TM;B)长度:权衡两相:间相对。辞、别的;尺 度。越长则两?相”间本,性分辩“越大,反之则越 ,小;趋向于?零时,(双节线上的点,临界点 ),两进出别规避,成为均一相。 在系线上各点处格局、的总浓“度离别,但 平分:成组成一”概而体积判袂的两相。两相的 体积雷同遵循杠杆法则,即 二、双水相?中的分派均衡 与溶剂萃取一”致,溶质在双水相”中的分 配系!数也用m=c2/c1显露。为简捷起见,用c1 和c2分!辨发扬平均情!况下下相和上相中“溶质的 总浓度。 有关双水相系统中溶质分配平衡的理 论已有良多研究报导。然而,由于影 响,双水相格局;中溶”质分派平衡的成分 特地庞大,很难修立;圆“满的热力学理, 论格局。从双水相萃取?过”程设计的角 度起程,断定效用分配系数的吃紧因 素曲直常首要的。已有的?大批推敲!表 明,生物分子的分配系数取决于溶质 与双水相形式间的种种互相:效率,其 中吃紧有静电感化、疏水用意和生物 lnm=lnme+lnmh+;lnml 亲和“效用等。于是,分派系数是各式? 相互效用的和. me,mh,ml ?区别为静、电影、响、疏水感化和 生物亲和影响?对溶!质分拨系数的贡献。 效率物质分拨平衡的名望 ? 成相高聚物浓度--界面张力 ? 成相高聚物的相对分子量 –普遍来谈,蛋白质等高分子量物质易齐集于 低分子量相 ? 盐类(包括离;子的范例和浓”度、离子强度、pH值 、), ? 溶。质的、物理化”学特性,(,搜罗!分子量、等电点、)以 及体制的温度等。 三、效用:萃取造“诣的位置! ?1.成相召集物 – 分子量:低重聚集,物的分子量,则蛋 !白质简便分拨于富含该召集物的;相中 。 –“ 总浓度:越大、则两相特”性的差别越大 ,系线越长,蛋白质越容易分配于其 中的某一相。 2.盐和煦冲液的“作用 ? 盐的种类和浓度对分拨系数的效力主要反应在 对相间电位和蛋白质!疏水性的效力。在双聚合 物式样中,无机离子具有各自的分配系数,不 同电解质的正负离子的,分配系数个同,当双水 相格式中含有这些电解质时,由于两相均应各 自连接电中性,从而发作区分;的相间电位,因 此,盐的种类(离子组成)效力蛋白质、核酸等 生物大分子的分拨系数,盐浓度不单用意蛋白 质的外观疏水性,并且干扰双水相格局,转化 各相中成相物质的组成和、相体积比。 比方,PE”G/KPi形式中上、下相(或称。轻重相 )的PEG和磷酸钾浓度以及Cl离子在上、下 相中的分配均衡随扩张NaCl浓度的增大而 转化。这种相!组成;即相本?质的、转移直:接影 响蛋白质的分拨系数。离子强度对?判袂蛋 白质的用意水准分袂,利用这一特质,通 过、诊治、双水相系统中的盐浓度,可有效地 萃取分辨判袂的蛋白质。 ?3.pH值 – 用意蛋白质的皮相电荷数Z:效用 蛋白质的解离度。 – 功用??:效力!磷酸盐:的解离。 ?4.温度 。– 沉要。感化双,水相;格局的相、图。 – 大规模双,水”相萃取掌握广“大,在室温下进行 ,急急基于以下”忖、量: ? PEG对、蛋白质有牢固用意; ? 溶液,粘度较低,简略?相判袂; ? 减省冷:却费用。 ; 双?水相,萃取的”优点 、较多,用于胞内?酶的提取;和精制 ?平衡工“夫短、含水量高、截面张”力 小,特别?伏贴于生:物活性”物质的“分 离”纯化? ?负责浅!易 ?易于放大; 要。成”功运用双水相萃取应惬心的条件 : ?欲提取的酶和细胞碎!片应分拨在不 同的相中; ?酶的分配系数应”充盈大,使在一定 的相体积比时,始末一次萃取,就 能得到较高的收率; ?两相用;离心情很简易分“辨。 四、双水相萃取;操纵 ?1.萃取”和平衡 ?1)。双水相编?制?的选取 : – 恪守目的“蛋白质和杂,质的;疏水性、分子量 、等电点和表面电”荷等本“质上的、辨别,综 “合操纵静电效力、疏水效用和增长妥善种 类和浓度的盐,可拣选性萃取主意产物。 – ,着想试差实验,裁夺:最佳萃取格式:常利: 用多组10mL刻度。离心管;举行分!配平均实 验。 ? 配制”高浓度的、会合”物和盐的备用、溶、液, 运、用其配制一系列诀别浓、度、pH和离子 强“度的双水相; ? 出席料液后,再加水稀释,然后宽裕混 关; ? 离心使两相“圆,满分辨; ? 分辨?测定:上、下相中主?意产物浓度,或生 物。活性,计算分拨系数。 ?2)胞,内蛋白质;的萃!取 –。优势:可遴”选性地使细胞碎?片分 配于下相,计划产物分派:于上相 ,同时达成方针产物的局部纯化 和细胞碎片的除去。 – 细”胞匀浆液浓度采选: ?为降低资“本,应假使高,但过高,会 扰乱格局,下降分配系数,编制”粘 ”度增高,相告”辞麻烦。 ?普及上限为200-400g湿细胞/Kg萃 取系统。 2.上下相?的差别: 应用重力和离心力 ;离心;重降可大大加快相告;辞快度, 并易于?联贯化掌管。对含细胞碎 ,片的、萃取编制,少于40秒。 3.多聚。物的”分辨 ?破除。产物,地址相“中的,多聚物、获取纯 !净物 ?产物若分布在PEG富集的相中,相 与相辞别后,上相中参加盐,酿成 新的双水相格式,在恰当条款下, 蛋白质被“重新”萃取 !参加盐相, PEG 得到:承“担,盐中少量糟粕的PEG可 用超:滤或!透析法勾销。 五、应用 ?多步萃取 – 细胞匀浆液中目;标产物可履历多步萃取获 ,得较高?的纯。化倍数。 ? 大界限双水相萃取 – 由于相搀杂能耗低,相均:衡工夫;短,故双!水相 ?萃取“领域夸诞迥殊简易,10mL刻度离心管的实 验毕竟可精确放大到处理200Kg细胞匀浆液周围 。

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