胶团和反胶团萃取

1、胶团和反胶团萃取 姓名：秦洪姓名：秦洪 学号：学号：1300507068 2021/6/252 一、一、基本概念基本概念 二、原理二、原理 三、影响因素三、影响因素 四、应用四、应用 五、反胶团萃取设备五、反胶团萃取设备 胶团萃取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。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粒子进入有 机相。机相。

2、被萃取物主要限于金、银、硫酸钡等，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。溶剂主要限于氯仿、四氯化碳和乙醚等。 一.基本概念 胶团胶团 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。 表面活性剂表面活性剂是由亲水憎油的极性基团和亲油是由亲水憎油的极性基团和亲油 憎水的非极性基团两部分组成的两性分子。憎水的非极性基团两部分组成的两性分子。 表面活性剂的分类表面活性剂的分类： 阴离子表面活性剂；阳离子表面活性剂；阴离子表面活性剂；阳离子表面活性剂；

3、 非离子型表面活性剂。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，简称临界胶束浓度，简称CMCCMC。当溶液中表面活性剂浓。当溶液中表面活性剂浓 度低于度低于CMCCMC时，它主要以单体形式，即分子或离子时，它主要以单体形式，即分子或离子 形式存在。形式存在。表面活性剂形成胶团后，溶液的许多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、密度、增溶性能等，在一个很窄的浓度范围内 呈现不连续变化呈现不连续

4、变化。 胶团分为正（向）胶团和反（ 向）胶团。 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。 水 极性头 非极性的核 非极性尾 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。 非极性有机溶剂极性 “头” 极性的 “核” 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

5、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。 反胶团的微小界面和微小水相具有两个特异性功能：反胶团的微小界面和微小水相具有两个特异性功能： (1)(1)具有分子识别并允许选择性透过的半透膜的功能；具有分子识别并允许选择性透过的半透膜的功能； (2)(2)在疏水性环境中具有使亲水性大分子如蛋白质等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。保持活性。 在反胶团萃取蛋白质使用最多的是阴离子型表面活性在反胶团萃取蛋白质使用最多的是阴离子型表面活性 剂剂AOTAOT ，AOTAOT

6、容易获得，它具有双链，形成反胶团时无需添容易获得，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，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。所形成的反胶团空间较大，有利于生物大分子进入。 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

7、量较大的蛋白质的分离； 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： 是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： 是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。 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： 如表面活性剂是AOT，则 W越大，反胶团的半径越大 表面活性剂 水 C C W AOT

8、C C W 水 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=050之间，dm=230nm。 AOT的Wmax=60，若W值再增大，反胶团溶液变浑 浊，并开始分层。 二、反胶团的制备二、反胶团的制备 制备反胶团系统一般有以下三种方法：制备反胶团系统一般有以下三种方法： （1 1）注入法）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非极性有机溶剂

9、中去，然后进行搅拌直到形成透明的溶液 为止。为止。 该方法过程快，并能较好地控制反胶团的平均直径和该方法过程快，并能较好地控制反胶团的平均直径和 含水量。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。 （3）溶解法 将含有反胶团（W330）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

10、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。 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。 从原理上，可当做“液膜”分离操作的一种。 如下图所示 ： 二、反胶团萃取原理二、反胶团萃取原理 由于周围水层和极性基团的保护，保持了蛋白由于周围水层和极性基团的保护，保持了蛋白 质的天然构型，不会造成失活。质的天然构型，不会造成失活。 蛋白质进入反胶团溶液是一协同过程。在有机溶 剂相和水相两宏观相界面间的表面活性剂层 ,同 邻近的蛋白质分子发生静电吸

11、引而变形 ,接着两 界面形成含有蛋白质的反胶团 ,然后扩散到有机 相中 ,从而实现了蛋白质的萃取。(可能机理） 改变水相条件 (如pH值、离子种类或离子强度 ) , 又可使蛋白质从有机相中返回到水相中 ,实现反 萃取过程。 反胶团的溶解模型 (a)水壳模型；(b)插入模型 (c)吸附模型；(d)溶解模型 反胶团萃取的优点反胶团萃取的优点 (1)有很高的萃取率和反萃取率并具有选择性； (2)分离、浓缩可同时进行，过程简便； (3)能解决蛋白质(如胞内酶)在非细胞环境中迅速失 活的问题； (4)由于构成反胶团的表面活性剂往往具有细胞破壁功效，因 而可直接从完整细胞中提取具有活性的蛋白质和酶； (5

12、)反胶团萃取技术的成本低，溶剂可反复使用等。 三.影响反胶团萃取因素 （1）水相pH值的影响 表面活性剂的极性头是朝向反胶团的内部，使反胶团的内壁带有一 定的电荷，而蛋白质是一种两性电解质，水相的pH值决定了蛋白质分 子表面可电离基团的离子化程度，当蛋白质所带电荷与反胶团内所带 电荷的性质相反时，由于静电引力，可使蛋白质转移到反胶团中。 相反，当水相pH大于等电点时，由于静电斥力，使溶入反胶团的蛋 白质反向萃取出来，实现了蛋白质的反萃取。 （2）水相离子强度的影响 a：离子强度影响到反胶团内壁的静电屏蔽的程度，降低了蛋白 质分子和反胶团内壁的静电作用力。 b：减小了表面活性剂极性头之间的相互斥

13、力，使反胶团变小。 这两方面的效应都会使蛋白质分子的溶解性下降，甚至使已溶 解的蛋白质从反胶团中反萃取出来。 （3）助表面活性剂的影响 蛋白质的分子量往往很大，超过几万或几十万，使表 面活性剂形成的反胶团的大小不足以包容大的蛋白质，而 无法实现萃取，此时加入一些非离子表面活性剂，使它们 插入反胶团结构中，就可以增大反胶团的尺寸，溶解相对 分子质量较大的蛋白质。 （4）溶剂体系的影响 溶剂的性质，尤其是极性，对反胶团的形成和大小 都有影响。 常用的溶剂有：烷烃类（正己烷、环己烷、正辛烷 、异辛烷等）。 有时也使用助溶剂，如醇类。可以调节溶剂体系的 极性，改变反胶团的大小，增加蛋白质的溶解度。 四四 在分离工艺中的应用在分离工艺中的应用 一、蛋白质分离一、蛋白质分离 利用图利用图8-8和图和图8-9的静电相互作用，通过三步分离的静电相互作用，通过三步分离 核糖核酸酶核糖核酸酶a、细胞色素、细胞色素c和溶菌酶。和溶菌酶。 调整调整pH，进行正萃取分离，通过控制，进行正萃取分离，通过控制KCl浓度，反浓度，反 萃取分离，获得较好地分离效果和收率。萃取分离，获得较好地分离效果和收率。 第一步：在pH=9.0和较低的盐浓度下，核糖