第6讲（溶剂萃取）

第5章溶剂萃取分离法5.1基本概念5.2主要萃取体系5.3影响萃取的各种因素5.4溶剂萃取方法5.5胶体萃取5.6双水相萃取5.7超临界流体萃取1I2水溶液这是因为I2在CCl4中的溶解度大于它在水中的溶解度，I2在相间的转移过程是物理过程。而更多的情况下，被萃取对象要与试剂（萃取剂）发生化学作用。CCl4I2/CCl4H2O实例2溶剂萃取（solventextraction）

溶于某一液相中的组分，在与第二液相接触后转入第二液相的过程。又称液-液萃取。通常是水相-有机相。

利用组分在两互不相溶的溶剂之间的分配行为的差异进行分离的方法萃取—泛指任意两相间的传质过程，包括液-固萃取（固相萃取），SFE，逆流（色谱）萃取等等。反萃取—被萃物进入有机相后，再用水相将其中部分组分萃取出来。主要目的是把随目标物质进入有机相的杂质除掉。3溶剂萃取法的发展过程19世纪中叶人们就知道用有机溶剂萃取某些无机物。如1842年Peligot用二乙醚萃取硝酸铀酰。1872年Berthelot和Jungfleisch根据经验提出了液-液分配的定量关系。1891年Nernst从热力学观点出发阐明了液－液分配的定量关系。20世纪40年代以后，溶剂萃取走向成熟（完善的理论体系，丰富的萃取模式，广泛的应用领域）。4溶剂萃取的优缺点优点

仪器设备简单，操作方便；分离选择性高；应用范围广。既可以用于无机物萃取，又可用于有机物萃取。既可进行大量物质分离，又可用于微量组分的富集。处理量大，适合工业规模分离，易于实现连续自动操作。缺点有机溶剂易挥发，多对人体有害手工操作比较麻烦，费时分离效率（柱效）不高。（比LC小2－3个数量级）55.1基本概念1.分配平衡常数

(A)H2O(A)org（萃取）分配常数KDKD为常数的条件：

溶质A在溶液中的浓度极低；

A在两相中的分子形态相同；温度一定。6碘在水和CCl4之间的分配（25C）

[I2]H2O,

mol/L[I2]CCl4,

mol/LKD0.114810－210.0910－287.890.076210－2

6.5210－285.540.050010－24.2610－285.200.032010－22.7210－285.007热力学分配平衡常数K0

KD也称（萃取）分配系数化学势与K0

平衡时：org＝aq即：

82.分配比

当溶质在某一相或两相中发生离解，缔合，配位或离子聚集现象时，同一溶质在同一相中就可能存在多种形态。如OsO4在CCl4/H2O体系中分配时,出现下列情况。OsO4在水中水解

OsO4

＋H2OHOsO5－＋H＋

HOsO5－OsO52－＋H＋OsO4在CCl4中聚集

4OsO4

(OsO4)4水相形态：OsO4

，HOsO5－，OsO52－CCl4相形态：OsO4

，(OsO4)49分配比（D）因为同一物质的每种形态在两相中的分配系数都不一样。故分配比定义为某种物质在两相之间各形态总浓度的比值。

分配比不一定是常数，随实验条件（pH，萃取剂，溶剂，盐析剂等）而变化。当溶质在两相中只有一种形态时，D＝KD103.萃取率（E）对于一次萃取：以CaqVorg除上式，得：可见：E得大小取决于分配比和相比（两相体积比Vaq/Vorg）11当相比为1（即Vaq＝Vorg）时：对于分配比D较小的物质，可以通过减小相比（即增加有机溶剂体积）来提高萃取率，但这种作用不明显。而且，增大有机溶剂体积会使有机相中的溶质浓度降低，不利于后继分离和测定工作。所以，通常是采用多次萃取或连续萃取来提高萃取率。12多次萃取可推导出（请自己推导）经n次萃取后，水相中残留溶质A的平衡浓度Cn为：当Vaq＝Vorg时：

式中C0为水相中A的最初浓度，即总浓度。134.分离系数（分离因子）对于单一形态溶质，D＝KD，于是有：145.2主要萃取体系直接萃取：可溶于水的有机分子（如羧酸、醇类、糖）因具有明显的疏水性，可以直接从水相萃取到有机相。如：中药材水提液中活性成分的萃取。间接萃取：无机离子通过与萃取剂形成疏水化合物后，再被有机相萃取。水溶液中最广泛存在的是无机离子，因此，传统的溶剂萃取最关注无机离子的萃取。156.2主要萃取体系1.萃取过程

(1)在水相中可萃取络合物的生成和水相中发生的化学变化

(2)可萃取络合物在水相和有机相间的分配平衡(3)可萃取络合物在有机相中发生的化学反应（聚合，离解，与其它组分反应）162.萃取体系的分类基于元素萃取到有机相的形式分类中性配合萃取体系（简单分子萃取体系）阳离子交换萃取体系（螯合萃取体系）离子缔合萃取体系协同萃取体系其他萃取体系（如高温萃取体系）175.2.1中性配合萃取体系1.特点被萃取物在水相中以中性分子形式存在萃取剂也是中性分子（含有适当配位基团）被萃取物与萃取剂形成中性配合物TBP－煤油体系从硝酸溶液中萃取硝酸铀酰被萃取物形式：UO2(NO3)2

（铀的其他形态如UO22＋,UO2NO3＋等不被萃取）萃取剂：TBP（磷酸三丁酯）中性配合物：UO2(NO3)2·2TBP185.2.1中性配合萃取体系2.中性配合萃取剂中性含磷萃取剂：

磷酸酯；膦酸酯；次膦酸酯；膦氧化物；焦磷酸酯；膦的有机衍生物

中性含氧萃取剂：

酮，酯，醇，醚等，如MIBK（甲基异丁基酮）中性含硫萃取剂：

亚砜，硫醚含氮中性萃取剂：吡啶等。195.2.1中性配合萃取体系3.中性配合萃取举例萃取强酸非极性溶剂可以萃取近乎中性分子的弱酸，但不能萃取强酸；极性溶剂（醇，醚，酮，酯）可以萃取强酸。如醚萃取硝酸：

H++NO3－+EHNO3·E或者H+＋NO3－＋H2O＋EHNO3·H2O·E有机相中溶剂化的H+与溶剂或水分子要形成氢键。205.2.1中性配合萃取体系萃取金属离子

UO22＋+2NO3－+2TBPUO2(NO3)2·2TBP215.2.2阳离子交换萃取体系1.特点萃取剂通常是既溶于水又溶于有机溶剂的有机酸；故在两相中有分配。被萃取物通常是金属阳离子，它与有机酸生成配合物或螯合物。

Mn+(aq)

+nHA(org)

MAn(org)

+nH+(aq)有机酸萃取金属离子的过程可以看作是水相中的阳离子与有机酸HA中的的交换反应。225.2.2阳离子交换萃取体系2.阳离子交换萃取剂酸性含磷萃取剂：烷基磷酸（如二烷基磷酸）螯合萃取剂：

-二酮（如：乙酰丙酮），8-羟基喹啉类，肟类，羟胺衍生物，双硫腙，酚类。有机羧酸和磺酸：羧酸和磺酸在煤油，苯和CHCl3中常成为二聚体。235.2.2阳离子交换萃取体系3.萃取步骤酸性萃取酸性萃取剂对金属离子的萃取(1)萃取剂HA在两相中分配：HA(aq)

HA(org)

(2)萃取剂在水相中离解：HA

H+＋A-(3)水相中金属与萃取剂阴离子配位：Mn+＋nA-MAn(4)在水相形成的金属配合物（或螯合物）在两相中分配

MAn(aq)

MAn(org)

245.2.2阳离子交换萃取体系4.阳离子交换萃取举例二烷基磷酸萃取稀土

RE3+

＋

3(HA)2RE[(HA)2]3＋3H+

二烷基磷酸以二聚体参与配位

萃取物结构如右陆九芳p65255.2.3离子缔合萃取体系1.特点萃取剂阴（阳）离子与被萃取物阳（阴）离子在水相中相互缔合后进入有机相。多数情况下是阳离子萃取剂与金属配阴离子形成的缔合体系。被萃取物以各种多样的形式被萃取。

如形成非溶剂化配位盐，溶剂化配位盐，阴离子配合物等等。离子缔合萃取平衡比较复杂，定量处理比较困难。265.2.3离子缔合萃取体系2.胺类萃取体系常用胺类萃取剂为脂肪胺萃取无机盐时形成盐进入有机相

R3N（org）＋H+＋X-

R3NH+X-（org）可以用碱将酸从有机相中反萃出来

R3NHX（org）+OH-

R3N＋H2O＋X－溶于有机相中的胺盐能与水相中的阴离子交换

R3NHX（org）

+A-

R3NHA（org）

+X-（aq）交换能力的大小为：

ClO4－

〉NO3－

〉Cl－

〉HSO4－

〉F－

I－

〉Br－〉Cl－275.2.3离子缔合萃取体系

胺类萃取金属离子时，金属离子以配阴离子形式与胺生成离子缔合物。叔胺萃取硫酸铀酰——阴离子交换萃取机理

2R3N（org）＋H2SO4

（R3NH)2SO4（org）

UO22+

＋2SO42-

UO2(SO4)22-(R3NH)2SO4（org）＋UO2(SO4)22-

(R3NH)2UO2(SO4)2（org）＋SO42-285.2.3离子缔合萃取体系3.冠（穴）醚萃取体系金属阳离子与冠（穴）醚中的杂原子（O，N，S，P等）靠静电相互作用形成配合物后进入有机相。配合物的稳定性与冠（穴）醚的空穴直径，冠（穴）醚环上杂原子种类、数目和空间排列，环上取代基，金属离子的体积和电荷，溶剂性质等有关。穴醚因具有两个以上环，为三维结构化合物，其球形空穴对金属离子的配合能力比单环的冠醚要大得多。冠（穴）醚的亲水杂原子向内侧，外侧是疏水的－CH2－CH2－基，因而使萃取配合物在有机相溶解性增加。295.2.3离子缔合萃取体系穴醚[2,2,2]与金属离子的配合反应305.2.3离子缔合萃取体系冠醚与阳离子配位后，阳离子原来的配对阴离子仍伴随在外。

315.2.3离子缔合萃取体系冠醚萃取硝酸和从硝酸水溶液中萃取U(VI)，Pu(IV)等离子的机理与萃取碱金属离子不同，而类似于TBP的萃取反应（中性配合萃取），形成溶剂化物。

H++NO3-+C（org）

C·HNO3（org）

UO22++2NO3-+C（org）

C·UO2(NO3)2（org）

M(NO3)4+2C（org）

2C·M(NO3)4（org）325.2.3离子缔合萃取体系4.金属以配阴离子被萃取（佯盐萃取体系）机理（以乙醚萃取6M盐酸水溶液中的Fe3+为例）(1)水相中被萃取金属离子Fe3+与适当的阴离子Cl-结合形成配阴离子

Fe3++4Cl－

FeCl4－(2)含氧萃取剂与进入有机相的水合H+结合形成佯盐阳离子

H+R-O-R（org）

+H++Cl-R-O-R（org）

+Cl-(3)金属配阴离子与萃取剂佯盐阳离子缔合生成佯盐

RROH+(org)＋FeCl4－

OH＋FeCl4－

RR335.2.3离子缔合萃取体系5.金属以阳离子被萃取部分大阳离子可以直接与萃取剂阴离子缔合后进入有机相一些阳离子先与大分子螯合配位体形成配阳离子，配阳离子再与水相中的大阴离子（ClO3-，ClO4-，CNS-等）缔合后进入有机相。如Fe3+先与联吡啶形成配阳离子，再与ClO4-缔合（缔合物如右）345.2.4协同萃取体系1.协同萃取作用混合萃取剂同时萃取某一物质时，其分配比显著大于相同浓度下各单一萃取剂分配比之和。即：有协同效应：

D协同D加和＝D1＋D2＋…无协同效应：D协同D加和反协同效应：D协同D加和协萃系数R：R=D协同/D加和355.2.4协同萃取体系

二(2-乙基己基）磷酸（P204）与中性含磷萃取剂协萃体系萃取UO22+的协萃系数含磷萃取剂（B）TBPBDBPTOPO单独含磷萃取剂DB0.00020.0020.06单独P204萃取剂DP204135135135混合萃取剂D协同

47035003500协萃系数R3.525.925.9TBP=磷酸三丁酯；BDBP=二丁基膦酸丁酯；TOPO=三辛基氧膦365.2.4协同萃取体系2.协同萃取机理生成了更为稳定的含有两种以上配位体的可萃物；生成的配合物疏水性更强，更易进入有机相中。

如单独阳离子交换萃取反应：

Mn+

＋nHA(org)

MAn(org)

加入中性配合萃取剂S后的协同萃取反应：

Mn+

＋nHA(org)＋xS(org)

MAnSx(org)＋nH＋376.2.4协同萃取体系取代机理如果形成的萃合物中含有自由萃取剂HA，则加入中性萃取剂S后，S取代HA生成更稳定或更疏水的萃合物。

UO22+＋3HOx(org)UO2(Ox)2HOx(org)＋2H＋UO2(Ox)2HOx(org)＋TOPO(org)UO2(Ox)2TOPO(org)＋HOx(org)有时，加入强配位体后，也可以部分取代配位数已饱和的单一配体萃合物。

Pu(TTA)4(org)＋HNO3＋TOPO(org)Pu(TTA)3NO3TBPO(org)＋HTTA385.2.4协同萃取体系溶剂化机理如果金属的配位数没有饱和，只有一部分被萃取剂A配位，剩下的配位部分被水分子占据，当加入中性萃取剂S后，S取代水分子，形成A和S的协同萃取体系。

Y(TTA)32H2O(org)＋2TBP(org)

Y(TTA)32TBP(org)＋2H2O395.2.4协同萃取体系主要协同萃取体系体系类型实例萃取剂类型阳离子交换与中性配合P204和TBP萃取UO22+不同的二元阳离子交换与胺类协同TTA和TOA萃取Th4+协萃体系中性配合与胺类协同TOPO和TOA萃取Am3+萃取剂类型阳离子交换与阳离子交换TTA和HAA萃取RE3+相同的二元中性配合与中性配合TBP和Ar2SO萃取UO22+协萃体系三元协萃体系阳离子交换/中性配合/胺类P204/TBP/R3N萃取UO22+405.3影响萃取的各种因素1.萃取剂浓度的影响自由（游离）萃取剂浓度增加，分配系数上升。自由萃取剂浓度指有机相中未参与形成萃合物的萃取剂浓度。浓度高到一定程度后会出现活度系数降低的趋势。412.酸度的影响不同萃取体系中酸度的影响不同。在中性配合萃取体系中，酸度直接影响与金属形成中性盐的阴离子的浓度。阳离子交换萃取体系中H＋直接和金属离子竞争萃取剂。3.金属离子浓度的影响

金属离子浓度较低的情况下，对萃取几乎无影响，但当金属离子浓度很高时，会导致有机相中游离萃取剂浓度降低，从而降低分配系数。424.盐析剂的影响盐析现象：在萃取中，向水相中加入另一种无机盐使得金属分配系数上升的现象。所加无机盐称盐析剂。盐析剂往往含有与被萃物相同的阴离子，加入盐析剂将产生同离子效应，使分配系数上升。由于盐析剂的水合作用，使得水相中的一部分水成了它们的水合水，从而降低了自由水的浓度。同时也就提高了金属离子的活度，使分配系数提高。435.温度的影响主要看萃取反应是吸热还是放热反应。温度对TBP萃取铀的影响见右图446.样品溶液中杂质离子的影响水相中存在的能与金属离子配合的阴离子会抑制（减弱）萃取配合物的生成457.萃取剂的影响

萃取的结构和性质直接影响其与金属离子的配位。8.稀释剂的影响稀释剂：加入有机相中起溶解萃取剂、减小有机相粘度、抑制乳化等作用的惰性溶剂。稀释剂影响萃取剂的聚合。稀释剂可能与萃取剂形成氢键。469.第三相(乳化层）形成的影响乳化：液体分数在另一不相溶的液体中的分散体系；乳浊液：液体杂质以微小珠滴散布在液体溶剂中的一种分散体系，是热力学不稳定体系。产生乳化的原因：萃取过程中剧烈振动，特别是含脂肪的样品；温度越低，有机相粘度越大、离子浓度越高，越易产生乳化。47破乳方法一般破乳方法：加破乳剂改变溶剂性能或化学平衡；用缓冲剂调节PH；用电解质调节离子强度高度乳化对策：离心破乳无水硫酸钠研磨法破乳蒸干法，蒸干后再用有机溶剂萃取48中、轻度乳化对策中度乳化对策：电解质破乳。加入无机盐，提高体系中水相比重使两相分层。破乳率与加入电解质的量成正比。加入1mol/L的盐酸。无水乙醇影响两相液滴。无水硫酸钠漏斗过滤。轻度乳化对策：玻璃棒搅动，消弱吸附作用。静置一点时间后可自然分层。495.4溶剂萃取方法1.分批萃取（单级萃取）操作简单，是实验室常用的萃取方法。被萃物分配比较大时，只需进行1次萃取操作。分批萃取适合于一个组分定量地保留在水相，而另一个组分在两相之间分配的情况。几常用萃取仪器（见下页）50溶剂萃取装置51单级萃取生产工艺流程522.连续萃取（多级萃取）将含有被分离物质的水相与有机相多次接触以提高萃取效率的分离方法。连续萃取装置的基本构成

萃取器：样品溶液和有机溶剂在其中进行萃取。

烧瓶：既作萃取液接受器，也是萃取剂蒸发器。

冷凝器：将萃取剂蒸汽冷凝后，回滴到萃取器中，进行下一级萃取。（装置实例见下页）53有机溶剂比水轻时的装置54有机溶剂比水重时的装置55多级萃取生产工艺流程示意图56多级对流萃取工艺流程575.5：溶液萃取新技术5.5.1、液相微萃取5.5.2、微波辅助溶剂萃取（提取）5.5.3、加速溶剂萃取（提取）585.5.1、液相微萃取（LiquidPhaseMicro-Extraction,LPME)也称溶剂微萃取（solventmicroextraction,SME).1996年在液-液萃取基础上发展起来的，结合了液-液萃取和固相微萃取的优点。只需极少量的有机溶剂、装置简单、操作方便、成本低。在样品前处理方面具有重要价值。适合萃取在水溶液中溶解度小、含有酸性或碱性官能团的痕量目标物。LPME技术还可以方便地与后续分析仪器连接，实现在线样品前处理。59最初的液相微萃取将一滴有机溶剂直接悬挂于色谱进样针尖，将其浸入样品水溶液中，分析物从被萃取到有机溶剂液滴中，直接注入色谱仪分析（分离+进样）。缺陷：悬挂于针尖的有机溶剂滴液在搅拌样品时容易脱落。改进方法：将多孔中空纤维管固定在针头上保护和容纳有机萃取剂。同时，纤维的多孔性增加了溶剂与样品接触的表面积，从而提高萃取效率。6061液态微萃取的萃取模式两相微萃取和三相微萃取。在两相LPME中，中空纤维管壁微孔内浸入的作为萃取剂的有机溶剂与纤维腔内吸入的作为吸收液的有机溶剂相同。目标物被萃取到纤维腔内，在接受液与样品水相之间达到分配平衡。（萃取剂与萃取溶剂相同）62三相LPME中空纤维管壁的微孔内浸入的是有机萃取剂，而纤维腔内吸入的是水溶液接收相。有机萃取剂成了样品水溶液和接收相水溶液的隔断。目标物先被有机萃取剂从样品水溶液中萃出，然后进入接收相。可离子化的分析物从水相萃取到中空纤维孔中的有机相中，再进入水相接受液中，萃取了样品的接受液可直接注入色谱仪分析。63三相LPME的萃取装置64动态三相微萃取装置示意图65微滴微萃取液滴萃取/进样方法是一种微量样品富集进样技术，样品富集机理为液液萃取。如水样中的十二烷基硫酸钠，与亚甲基兰形成离子对，对氯仿液滴（1.3ul)收集，用光学检测法检测。若样品为多个成分，可利用该富集技术，将富集后的样品液滴引入色谱系统进行分离检测。构思新颖，设计巧妙。66675.5.2微波辅助溶剂萃取固体样品中化学物质的溶剂萃取（提取、浸取）方法：索氏提取超声（波）提取；微波（辅助溶剂）萃取；加速溶剂萃取。68索氏萃取固体样品的连续溶剂萃取装置天然产物提取的有效手段69超声波辅助萃取能量由外部向内部传递；超声波使溶液产生气泡（空化效应）

爆裂温度和压力升高增强化学作用。优点：价廉、快速、简便、安全、批量处理。705.5.2微波辅助溶剂萃取微波辅助溶剂萃取（microwaveassistedsolventextraction,MASE）也称微波辅助萃取或微波萃取。微波指波长在1mm至1m范围（300-300000MHz）的电磁波。915MHz和2450MHz两个频率广泛用于微波加热。微波辅助萃取就是利用微波加热来加速溶剂对固体样品中目标物的萃取。早期使用家用微波炉，几分钟就解决了传统加热萃取需要几个小时，甚至十几个小时的问题。71微波加热原理传统加热：热传导、热辐射方式，由外向里，加热慢，受热不均。微波加热：被辐射物质偶极矩旋转（数亿次/分钟）和离子传导方式，有里向外，加热快，受热均匀。微波加热的选择性：不同物质的极性不同，吸收微波能的程度就不同，因而产生和传递给周围环境的热量不同。非热生物效应：生物样品中的极性水分子在微波场中的强烈极性震荡，导致细胞分子间氢键松弛，细胞膜结构破裂，使萃取更快，更完全。72密闭性微波萃取装置可控温控压。萃取罐密闭，目标成分不易损失。压力增大时，溶剂沸点也相应提高，有利萃取。萃取溶剂既可以是无机酸，也可以是各种有机溶剂（包括正己烷，苯等非极性溶剂）。73开罐型微波萃取装置通过一根波导管将微波聚焦于萃取体系上；萃取罐是开放式的，与大气连通，只能控温、不能控压。继承了索氏萃取的优点；不足之处是同时处理的样品数较少。745.5.3加速溶剂萃取

（acceleratedsolventextraction,ASE)ASE用溶剂从固体或半固体样品中快速提取目标物质；通过高温（50-200℃）和高压（10-20MPa）加快提取速度。75增加温度的效果增加分析物的溶解度；

如：蒽在150℃的氯甲烷中的溶解度是50℃时的15倍有利于克服基体效应，加快解析动力学；降低溶剂粘度，加速溶剂分子向基体中的扩散。76升高压力的效果使溶剂在高温下仍保持液态；可保证易挥发性物质不挥发；在压力下可快速充满萃取池。77加速溶剂萃取流程将样品装入萃取池，放到圆盘式传送装置上，以下操作自动进行。传送装置将萃取池送入加热炉腔，泵将溶剂输送到萃取池，萃取池在加热炉中被加热和加压，静态萃取数分钟，萃取液经滤膜进入收集瓶。少量多次向萃取池中加入清洗溶剂，然后用氮气吹洗萃取池和管道。78798081带有溶剂控制器的ASE82几种溶剂提取方法的比较83ASE优点（与其他溶剂萃取相比）快速溶剂用量少萃取效率高样品基体影响小可同时选用多种溶剂进行萃取安全、全自动84ASETM萃取挥发性物质的回收率85ASE从香蕉中萃取12种有机氯杀虫剂865.6胶体萃取1.基本概念胶体（胶团）萃取—被萃取物以胶体或胶团形式被萃取。胶体萃取也能用于无机物的分离，但应用较少。如：氯仿（或CCl4）萃取胶体金；乙醚或氯仿萃取胶体银或硫酸钡。正向微胶团：在水溶液中加入表面活性剂达到一定浓度时，会形成表面活性剂聚集体（胶团），在这种胶团头中，表面活性剂的极性头（基团）朝外（向水），而非极性尾朝内。87反向微胶团：与正相微胶团相反，当向非极性溶剂中加入表面活性剂达到一定浓度时，会形成憎水非极性尾朝外（向溶剂），而极性头（亲水基）朝内的胶团。胶团大小在毫微米级。

(e)正向微胶团

(f)反向微胶团88生物物质对分离体系的要求严格由于在分离过程中生物物质容易被破坏，很多通常的分离方法（如蒸馏）难以采用。由于生物样品一般粘度较大，过滤和超滤等也困难。由于生物物质（蛋白质）的亲水憎油性，使其难溶于一般有机溶剂；不适合通常的水相/有机溶剂相体系。由于生物物质直接与有机溶剂接触会引起变性。应尽可能避免直接接触。89对生物物质萃取所用溶剂的要求

即能溶解蛋白质并能与水分相，又不破坏蛋白质的生物功能。反向微胶团对生物物质的溶解反向微胶团中有一个极性核心，它包括了表面活性剂的极性头组成的内表面，平衡离子和水。此极性核心又称“水池（waterpool）”，水池可以溶解极性分子，于是，极性的生物分子就可以溶于有机溶剂而不直接接触有机溶剂。90912.蛋白质的溶解模型水壳模型蛋白质居于“水池”中心，水壳层则保护了蛋白质，使其生物活性不会改变。陆九芳p125a92蛋白质亲水基插入反向微胶团仅蛋白质的亲水基插入胶团内部的“水池”中，而其亲脂基团露在胶团外面，与表面活性剂的疏水剂或有机溶剂的碳氢部分接触。陆九芳p125b93吸附模型蛋白质分子吸附在胶团内部由表面活性剂亲水头组成的亲水壁上。陆九芳p125c94溶解模型蛋白质被几个胶团包围而溶解于表面活性剂胶团，胶团的非极性尾与蛋白质的亲脂部分直接作用。陆九芳p125c95水壳模型是比较公认的蛋白质溶解机理胶团中水含量（0）“水池”中的水与正常水不同，特别是当0相当低（如0<10）时，其冰点通常低于00C。蛋白质表面的电荷与微胶团内表面的电荷之间的静电作用对蛋白质的溶解起重要作用。963.影响胶团萃取的主要因素(1)表面活性剂和溶剂种类表面活性剂多采用AOT（琥珀酸二(2-乙基己基)酯磺酸钠）阴离子表面活性剂97有机溶剂通常采用异辛烷。表面活性剂AOT能迅速溶于有机溶剂，也能溶于水而形成液晶态（非球状）胶团。AOT作为反向微胶团的表面活性剂的优点：

所形成的胶团的含水率高（0为50－60），比季铵盐高一个数量级以上；

AOT形成反向微胶团时，不需要助表面活性剂。98(2)水相pH值蛋白质为两性分子，各种蛋白质有确定的等电点(pI)，当pH<pI时，蛋白质荷正电，AOT为阴离子表面活性剂，所形成的反向胶团内表面荷负电，蛋白质分子与胶团内表面作用强，能形成稳定的含蛋白质的微胶团。当pH>pI时，蛋白质分子和表面活性剂内表面都荷负电，相互排斥，蛋白质难溶于胶团中。pH过低时，蛋白质会变质，溶解度也降低。99100(3)离子强度离子强度增加，减小了蛋白质的表面电荷与微胶团内表面电荷的相互作用，从而降低蛋白质在胶团中的溶解度。陆九芳p127－3201014.胶团萃取分离过程(1)制备含蛋白质的反向微胶团的三种方法相转移法：将含蛋白质的水相和含表面活性剂的有机溶剂相接触，在缓慢搅拌下，部分蛋白质转入（萃入）有机相。此过程较慢，最终得到的含蛋白质有机相是稳定的。注入法：向含表面活性剂的有机相中注入含蛋白质的水溶液。此过程较快，操作也很简单。溶解法：适用于水不溶蛋白质。将含水的反向微胶团的有机溶液与蛋白质固体粉末一起搅拌。102103(2)实例：胶团萃取分离3种蛋白质（核糖核酸酶、细胞色素C、溶菌酶）

表面活性剂：AOT；有机相：异辛烷

利用离子强度和pH值调节蛋白质的溶解度差异。pH=9,[KCl]=0.1M时，核糖核酸酶不溶于胶团，而留在水相。进入有机相胶团中的细胞色素C和溶菌酶用pH=9,[KCl]=0.5M的水溶液反萃取，只有细胞色素C进入水相。仍留在有机相中的溶菌酶再用pH=11.5,[KCl]=2.0M的水相反萃取。104陆九芳p128－323核糖核酸不溶于胶团，留在水相反萃取，只有细胞色素C进入水相反萃取1056.7双水相萃取1896年Beijerinck发现：（明胶＋琼脂）或（明胶＋可溶性淀粉）混浊不透明溶液两个有界面的液相

两相的主成分都是水

上相富含明胶

下相富含琼脂（或淀粉）106双水相的形成双水相：将两种聚合物水溶液混合时，当聚合物浓度达到一定值，体系会自然分成互不相溶的两组。形成原因：由于不同高聚物的不相溶性，即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两相。一般认为只要两种聚合物水溶液的憎水程度有差异，混合时才可发生相分离，且憎水程度相差越大，相分离倾向越大。107等体积的2.2%葡聚糖与0.72%的甲基纤维素的水溶液形成的双水相体系

上相：

0.39%葡聚糖

0.65%甲基纤维素

98.96%水下相：

1.58%葡聚糖

0.15%甲基纤维素

98.27%水108

几类双水相体系聚合物－聚合物－水：聚丙稀乙二醇－甲氧基聚乙二醇聚乙二醇－聚乙烯醇高分子电解质－聚合物－水：硫酸葡聚糖钠盐－聚丙稀乙二醇羧甲基葡聚糖钠盐－甲基纤维素高分子电解质－高分子电解质－水：硫酸葡聚糖钠盐－羧甲基纤维素钠盐硫酸葡聚糖钠盐－羧甲基葡聚糖钠盐聚合物－低分子量组分－水：聚丙稀乙二醇－磷酸钾甲氧基聚乙二醇－磷酸钾聚丙稀乙二醇－葡萄糖表面活性剂－表面活性剂－水：109生物物质在双水相体系中的分配生物样品的复杂性分配机理的复杂性

包括可溶性物质（蛋白质、核酸）、悬浮颗粒（细胞或细胞器）；各种物质的大小、形状和性质不同；存在形式不同（离解状态、聚集状态）分配机理的解释

界面张力作用电位差作用（Donnan效应）110界面张力作用微小粒子在液体中由于热运动而随机分布，界面张力的影响使它呈不均匀分布，并聚集在双水相体系中具有较低能量的一相中。电位差作用

带电大分子（粒子）在两相中分配时，会在两相产生电位差—Donnan效应。Donnan效应使得某些物质选择性地通过Donnan膜，即某种（类）物质在某相富集。111影响分配的因素聚合物的组成和浓度pH

影响两相的电位差。盐的种类和浓度陆九芳p137－330112新型双水相系统廉价双水相系统温敏性双水相体系热分离聚合物双水相体系正负离子表面活性剂双水相体系亲和双水相体系113廉价双水相系统现有生物物质分离过程使用的双水相系统价格较高，寻找廉价替代品变性淀粉、麦芽糊精、阿拉伯树胶葡萄糖羟基纤维素PEG114温敏性双水相体系115热分离聚合物双水相体系116离子表面活性剂双水相体系平衡的两相均为很稀的溶液。含水量高、两相容易分离、表面活性剂的用量很小且可循环使用。形成双水相系统的规律、双水相区域及其影响因素等的研究相对较少。117亲和双水相萃取体系在组合相系统的聚合物上耦联一定的亲和配基常用于亲和双水相系统的3种配基基团亲合基配基燃料亲合基配基生物亲合基配基金属配基亲合双水性的优越性118离子液体双水性萃取离子液体是一种新型的绿色溶剂；通常由一种有机盐和一种无机盐形成；例如：亲水性离子液体[Bmim]BF4和NaH2PO4.2H2O水溶液形成的双水相体系用于青霉素G的萃取。青霉素萃取率可达93.7%；萃取过程不发生乳化现象，有利于两相分离；成相盐的种类和浓度以及初始离子液体的浓度影响双水相的形成。119NaH2PO4.2H2O浓度对两相体积和萃取率的影响120青霉素G的浓度对两相体积和萃取率的影响121[Bmim]BF4的浓度对两相体积和萃取率的影响122

双水相萃取的应用酶、核酸、生长激素、病毒等生物物质的分离纯化萃取流程（右图）聚乙二醇（PEG）-磷酸盐体系萃取酶1.目标酶进入富PEG上相;2.富PEG上相中加盐后形成新双水相，目标酶进入上相。。3.富PEG上相中加盐后形成新双水相，目标酶进入下相。

破碎的细胞

PEG/磷酸盐

下相：上相产物：目标蛋白质细胞碎片、杂蛋＋盐白、核酸、多糖形成PEG/磷酸盐体系

下相：核酸、上相产物：目标酶杂蛋白、多糖＋盐形成PEG/磷酸盐体系下相：目标酶上相：PEG，蛋白质123124双水相体系的特点：体系中水含量达70－90％，组成双水相的高聚物及某些无机盐不会导致生物物质失活或变性，有时还有保护作用。可直接从含有菌体的发酵液和培养液中提取所需蛋白质，还能不经破碎直接提取细胞内酶。易于进行工业放大，处理量可以较大。萃取后，含有聚合物的目标产物可以采用常