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胶团与反胶团萃取技术


极性基团两部分组成的两性分子。
表面活性剂的分类: 阴离子表面活性剂; 阳离子表面活性剂; 非离子型表面活性剂。
表面活性剂在溶液中开始形成胶团时的浓度称为临界胶束
浓度,简称CMC。当溶液中表面活性剂浓度低于CMC时,它 主要以单体形式,即分子或离子形式存在。表面活性剂形 成胶团后,溶液的许多物理化学质,如表面张力、摩尔电 导率、渗透压、密度、增溶性能等,在一个很窄的浓度范 围内呈现不连续变化。
从原理上,可当 做“液膜”分离操作 的一种。 如右图所示 :
(3)溶解法 将含有反胶团(W=3~30)的有机溶液与蛋白质固体粉末一齐搅 拌,使蛋白质进入反胶团中 。 用于非水溶性蛋白质。 该法所需时间较长,含蛋白质的反胶团体系稳定。 说明反胶团“水池”中的水与普通水的性质有区别。
二、反胶团萃取原理
从宏观上看反胶团萃取,是有机相-水相间的分配萃 取,和普通的液液萃取在操作上具有相同特征。 微观上,是从主体水相向溶解于有机溶剂相中的反胶 团微水相中的分配萃取。
表面活性剂 AOT CTAB TOMAC
有机溶剂 表面活性剂 有机溶剂 n-烃类(C6~C10)、异辛烷、 Brij60 辛烷 环己烷、四氯化碳、苯 己醇/异辛烷,己醇/辛烷
TritonX 己醇/环己烷 三氯甲烷/辛烷
磷脂酰胆碱 苯、庚烷 环己烷 磷脂酰乙醇胺 苯、庚烷
胶团分为正(向)胶团和反(向)胶团。
胶团与反胶团萃取
一、基本概念
二、萃取原理 三、影响因素 四、应用领域 五、胶团与反胶团萃取设备
一.基本概念
胶团萃取——是被萃取物以胶团或者胶体形式从水相 被萃取到有机相的溶剂萃取方法。它既可用于无机物的萃 取,也可用于有机物的萃取。
在无机物的方面:金属或其无机盐可以形成疏水胶体粒子粒子进入有
反胶团的分类
1、单一表面活性剂反胶团体系:
是指在使用时无须加入助剂的表面活性剂,具有多条中等长度的 烷基尾和一个较小的极性头。 A、 阴离子型,如AOT。该体系结构简单和稳定,反胶团体积较大 ,适用于等电点较高的、相对分子量较小的蛋白质的分离; B、阳离子型,如CTAB,DAP等。该体系适用于等电点较低的、相 对分子量较大的蛋白质的分离;
在AOT反胶团中,水合化一分子AOT需要6~8个水分子, 而其它水分子则不受束缚,可与普通水一样自由流动。 故当W > 16时,“水池”中的水逐渐接近主体水相粘度 ,胶团内也形成二重电荷层。 见下图。
假定反胶团为球形(除了W或表面活性剂浓度很大 外),反胶团平均直径dm的增加和W的增加基本成正比, W=0~50之间,dm=2~30nm。 AOT的Wmax=60,若W值再增大,反胶团溶液变浑浊, 并开始分层。
机相。
被萃取物主要限于金、银、硫酸钡等,
溶剂主要限于氯仿、四氯化碳和乙醚等。
胶团—— 胶团是双亲(即亲水又亲油)物质在水或有机溶 剂中自发形成的聚集体。
胶团的形成——当向水 溶液中加入表面活性剂 达到一定浓 度时就 会形成表面活性剂聚集 体,即胶团。
表面活性剂——是由亲水憎油的极性基团和亲油憎水的非
极性的 “核”
反微团内溶解的水称为微水相或水池
非极性 “尾”
反胶团的构造 向非极性溶剂中加入表 面活性剂时,当表面活性 剂的浓度超过一定的数值 时,会在非极性溶剂内形 成表面活性剂的聚集体。 与在水相中不同的是,非 极性溶剂内形成的表面活 性剂聚集体,其疏水性的 非极性尾部向外,指向非 极性溶剂,而极性头向内 ,与在水相中形成的微胶 团方向相反,因而称之为 反胶团或反向胶团。
反胶团的制备
制备反胶团系统一般有以下三种方法:
(1)注入法 将含有蛋白质的水溶液直接注入到含有表面活性剂的非极性有机溶 剂中去,然后进行搅拌直到形成透明的溶液为止。 该方法过程快,并能较好地控制反胶团的平均直径和含水量。
(2)相转移法 将酶或蛋白质从主体水相转移到含表面活性剂的非极性有机溶剂中 形成反胶团-蛋白质溶液,即把含有表面活性剂的有机相和含有蛋白质 的水相接触,在缓慢的搅拌下,一部分蛋白质缓慢转入(萃入)有机相。 该过程较慢,但形成的体系处于稳定的热力学平衡状态,有利于 在有机溶剂相中获得较高的蛋白质浓度。
反胶团的微小界面和微小水相具有两个特异性功能:
(1)具有分子识别并允许选择性透过的半透膜的功能; (2)在疏水性环境中具有使亲水性大分子如蛋白质等保持活
性。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
在反胶团萃取蛋白质使用最多的是阴离子型表面活性 剂AOT ,AOT容易获得,它具有双链,形成反胶团时无需添 加辅助表面活性剂且有较好的强度;它的极性基团较小, 所形成的反胶团空间较大,有利于生物大分子进入。
反胶团含水率W :
W用水和表面活性剂的摩尔浓度之比来定义,即:
W
如表面活性剂是AOT,则
C水 C表面活性剂
W
W越大,反胶团的半径越大
C水 CAOT
当W < 6-8 时, “水池”(微水相)中水分子被表 面活性剂亲水基团强烈地束缚,其表观粘度可增大到普 通水粘度的50倍,且疏水性非常强。另外,其冰点通常 低于0℃。 这一部分水使表面活性剂的亲水性基团水合化,即 被牢固地束缚着,所以粘度很大,流动性很差。
C、非离子型表面活性剂,能形成更大的反胶团体系,能分离相对 分子量更大的蛋白质,但这类体系容易乳化。
2、混合表面活性剂反胶团体系: 指两种或两种以上表面活性剂构成的体系,一般来说, 混合表面活性剂反胶团对蛋白质有更高的分离效率。
3、亲和反胶团体系: 指除了有组成反胶团的表面活性剂以外,还有具有 亲和特征的助剂,它的亲和配基与蛋白质有特异的结合能 力,往往极少量亲和配基的加入就可使萃取蛋白质的选择 性大大提高。
极性头

正胶团是在极性溶液中形成的
,其亲水性的极性端向外指 向极性(如水)溶液,疏水
性的非极性“尾”向内相互
聚集在一起。 非极性的核 非极性尾
非极性有 机溶剂

极性“头”
反胶团是两性表面活性剂在 非极性有机溶剂中亲水性基 团自发的向内聚集而成,内 含微小水滴,其疏水性的非 极性尾部向外,指向非极性 溶剂,而极性头向内,与在 水相中形成的微胶团方向相 反。
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