正負(fù)離子表面活性劑雙水相體系的形成及萃取

正負(fù)離子表面活性劑雙水相體系的形成及萃取

其它非離子表面活性劑的絡(luò)合萃取作用和應(yīng)用雙水相萃取技術(shù)是近年來開發(fā)迅速的一種生物分離方法。由于系統(tǒng)中分層的兩個(gè)相都是水相，因此該系統(tǒng)為物質(zhì)的分離，尤其是生物活性物質(zhì)的分離提供了溫和的環(huán)境。在免疫分析和生物化學(xué)方面也具有良好的應(yīng)用前景。過去，雙水相系統(tǒng)的開發(fā)基本上局限于高大相系統(tǒng)。在下一次研究中，表面活性劑也可以形成雙水相。在分離和選擇性方面，這種雙水相比大型雙水相系統(tǒng)更優(yōu)越。作者在一定程度上研究了傳統(tǒng)離子表面活性劑的雙水相性質(zhì)，并得出了一些有價(jià)值的結(jié)論。然而，到目前為止，還沒有系統(tǒng)的研究表面活性劑雙水相的形成規(guī)律，并且對(duì)不同添加劑對(duì)雙水相行為和萃取的影響進(jìn)行了探討。1實(shí)驗(yàn)1.1試劑與儀器十二烷基聚氧乙烯醚(C12H25(OC2H4)9OH,簡(jiǎn)稱AEO9),日本日光公司提供,經(jīng)薄層層析法分析無同系物.十二烷基硫酸鈉(C12H25OSO3Na,SDS),分析純,99.0%,香港FARCO公司生產(chǎn).十六烷基三甲基溴化銨(C16H33N(CH3)3Br,CTAB),分析純,≥99.0%,中國(guó)醫(yī)藥(集團(tuán))上?；瘜W(xué)試劑公司生產(chǎn).硫酸鈉,分析純,中國(guó)成都化學(xué)試劑廠.LB801型恒溫槽,遼陽市恒溫儀器廠.MD100-1型電子天平,上海天平儀器廠.721分光光度計(jì),上海第三分析儀器廠.1.2u3000定相過程用蒸餾水或某一濃度的鹽溶液(如Na2SO4溶液)為溶劑配置一系列濃度的AEO9溶液,置于比色管中,管外壁一側(cè)貼黑膠布為底色以便觀察.比色管置于恒溫水浴中,逐漸升溫.當(dāng)溫度接近濁點(diǎn)時(shí),每次升溫1℃并在該溫度下穩(wěn)定10min,記下溶液開始變渾濁時(shí)的溫度t1,再將恒溫水浴緩慢降溫,記下溶液開始變清時(shí)的溫度t2,t1與t2的平均值即為該樣品的濁點(diǎn)(測(cè)量誤差<1℃).以0.4mol·L-1Na2SO4溶液為溶劑配置0.2mol·L-1SDS溶液和0.2mol·L-1AEO9溶液.將0.2mol·L-1SDS和0.2mol·L-1AEO9視為兩個(gè)純組分,在三元相圖中分別占據(jù)兩個(gè)頂點(diǎn),水(0.4mol·L-1Na2SO4)為三元相圖的另一個(gè)頂點(diǎn).在三元相圖中均勻取點(diǎn),配置不同配比的樣品,所有樣品在一定溫度下恒溫24h后觀察現(xiàn)象.繪制相圖,相同現(xiàn)象的樣品點(diǎn)位于同一區(qū)域.再在相區(qū)邊界補(bǔ)點(diǎn),使相區(qū)邊界誤差不大于1%.AEO9與CTAB混合溶液雙水相相行為的測(cè)定方法同上.將含有鹽、離子型表面活性劑、被萃取物等添加劑的非離子型表面活性劑水溶液在一定溫度下制備成穩(wěn)定的雙水相,分別將上、下相取出,稀釋成一定濃度的溶液,測(cè)量上下相中被萃取物的濃度.本研究選擇亞甲基藍(lán)為被萃取對(duì)象,采用分光光度法測(cè)兩相中亞甲基藍(lán)濃度,波長(zhǎng)為612nm.以分配比D表示被萃取物質(zhì)在上下兩相中的濃度之比,D=ctcb.D=ctcb.2結(jié)果與討論2.1雙水相組成線的確定圖1為AEO9的濁點(diǎn)與組成的關(guān)系曲線.隨AEO9溶液濃度的變化,水溶液濁點(diǎn)發(fā)生變化.曲線上存在一最低濁點(diǎn)(65℃),其對(duì)應(yīng)的AEO9質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%.濁點(diǎn)線將相圖分成兩個(gè)相區(qū).1區(qū)為透明均相溶液,即單相區(qū);2區(qū)為多相區(qū).對(duì)于某一狀態(tài)的溶液,如圖中的F點(diǎn),溶液初始狀態(tài)為澄清透明.若溶液溫度不斷升高,當(dāng)達(dá)到G點(diǎn)時(shí),溶液開始變濁.繼續(xù)升高溫度,溶液變濁程度加重.實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),圖1所示的多相區(qū)即為雙水相區(qū).體系升溫達(dá)到該區(qū)任一點(diǎn),如N點(diǎn),并在該點(diǎn)溫度下恒溫?cái)?shù)分鐘,溶液分成兩相.由于兩相都為表面活性劑水溶液,故判定其為表面活性劑雙水相系統(tǒng).共存的兩相組成,可通過N點(diǎn)作水平線確定,該線交濁點(diǎn)線于A、B兩點(diǎn),A、B兩點(diǎn)組成即是雙水相兩相組成.在AB線上,隨著AEO9濃度增大,雙水相相體積比Vt/Vb逐漸減小.由此判斷右側(cè)線為下相組成線,左側(cè)線為上相組成線.由于非離子型表面活性劑在濁點(diǎn)以上能夠形成雙水相,從而拓寬了非離子型表面活性劑的應(yīng)用溫度.2.2鹽濃度對(duì)aeo9水溶液最低濁點(diǎn)的影響AEO9水溶液中含有鹽時(shí),濁點(diǎn)發(fā)生明顯變化,如圖2所示.AEO9水溶液中含有0.4mol·L-1Na2SO4時(shí),盡管濁點(diǎn)線仍保持與圖1相似的形狀,但是各組成的濁點(diǎn)顯著降低,最低濁點(diǎn)(AEO9質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%時(shí))只有36℃.若Na2SO4的濃度上升為0.5mol·L-1,則AEO9水溶液的濁點(diǎn)低于室溫.圖3為鹽濃度對(duì)AEO9水溶液最低濁點(diǎn)的影響規(guī)律,隨著鹽濃度的升高,最低濁點(diǎn)下降.水對(duì)電解質(zhì)的親和力大于對(duì)表面活性劑的結(jié)合力.電解質(zhì)加進(jìn)AEO9溶液中以后,電解質(zhì)與水親和,爭(zhēng)奪溶液中的水分子,AEO9分子周圍依靠氫鍵結(jié)合的水分子受到影響,有逐漸脫離的傾向,其結(jié)果是濁點(diǎn)降低.顯然,鹽濃度越大,鹽對(duì)水的親和力越大,濁點(diǎn)降低越厲害.選擇合適的鹽濃度可以在低溫下形成雙水相,有利于生物活性物質(zhì)的萃取.鹽不僅導(dǎo)致AEO9水溶液濁點(diǎn)下降,而且還使雙水相的兩相組成線的位置發(fā)生變化.圖2中,在AB線上,隨著AEO9水溶液濃度增大,雙水相上相與下相的相體積比逐漸增大,這一特征與無鹽時(shí)的規(guī)律相反,所以判定右側(cè)線為上相組成線,左側(cè)線為下相組成線.另外,Na2SO4的加入使體系雙水相的形成時(shí)間明顯縮短.2.3亞甲基藍(lán)在na2so4溶液中的萃取作用圖4、圖5為AEO9/SDS/H2O系統(tǒng)及AEO9/CTAB/H2O系統(tǒng)含有0.4mol·L-1Na2SO4時(shí)的相行為.兩個(gè)系統(tǒng)的相圖中均有兩個(gè)相區(qū).1區(qū)為雙水相區(qū),2區(qū)為透明均相溶液區(qū).雙水相區(qū)占據(jù)相圖的一側(cè),這意味著AEO9溶液中添加少量離子型表面活性劑時(shí),系統(tǒng)仍可形成雙水相.AEO9與離子型表面活性劑混合體系的雙水相區(qū)不同于正負(fù)離子表面活性劑混合體系的狹窄雙水相區(qū),前者較寬的雙水相區(qū)表明,AEO9/SDS/H2O雙水相體系對(duì)組成要求并不苛刻,這一特征意味著此種雙水相具有較好的應(yīng)用價(jià)值.實(shí)驗(yàn)分別探索了AEO9,AEO9/SDS,AEO9/CTAB3種體系在0.4mol·L-1Na2SO4溶液中形成的雙水相對(duì)亞甲基藍(lán)的萃取作用,如圖6.橫坐標(biāo)m表示3種雙水相體系物質(zhì)在Na2SO4水溶液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù).3條曲線呈現(xiàn)了相似的趨勢(shì),隨著表面活性劑總濃度的增大,亞甲基藍(lán)在雙水相中的分配比增大.但是在同樣的表面活性劑總濃度時(shí),亞甲基藍(lán)在含有陰離子表面活性劑SDS的雙水相中的分配比最高,在含有陽離子表面活性劑CTAB的雙水相中的分配比最低.這是由于亞甲基藍(lán)在水溶液中電離出Cl-以后,其本身帶正電.當(dāng)體系中不含有離子型表面活性劑時(shí)(圖6中的曲線2),雙水相靠AEO9非極性基與亞甲基藍(lán)的非極性基的親和作用將亞甲基藍(lán)萃取到富表面活性劑相(上相),從曲線2的數(shù)據(jù)范圍看,分配比D>1.但是在SDS/AEO9/H2O雙水相系統(tǒng)中,由于存在陰離子表面活性劑,雙水相的富表面活性劑相有序組合體帶負(fù)電,顯然,帶負(fù)電的富表面活性劑相有序組合體與帶正電的亞甲基藍(lán)之間除了非極性基的親和作用外,還存在靜電吸引作用.亞甲基藍(lán)在該系統(tǒng)中的分配比增大(曲線1);相反,CTAB/AEO9/H2O雙水相體系中,由于存在陽離子表面活性劑,雙水相富表面活性劑相有序組合體帶正電,對(duì)帶正電的亞甲基藍(lán)有排斥作用,導(dǎo)致亞甲基藍(lán)分配比減小,如曲線3所示.根據(jù)以上研究得出結(jié)論:當(dāng)被萃取物帶正電時(shí),應(yīng)該用陰離子表面活性劑與非離子性表面活性劑組成的雙水相體系;相反,當(dāng)被萃取物帶負(fù)電時(shí),宜用陽離子表面活性劑與非離子型表面活性劑組成的雙水相系統(tǒng).3鹽析出鹽可以減少雙水相,并將其作為有機(jī)的試劑進(jìn)行萃取.AEO9水溶液的濁點(diǎn)與組成有關(guān),當(dāng)AEO9的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%