1. 研究目的与意义(文献综述包含参考文献)
{title}1 研究背景随着生物工业分析、药物分析和金属离子分离等方面对分离要求不断提高,传统的分离技术已经无法满足需求。
而双水相萃取技术(ATPE)作为一种新兴的极具发展潜力的分离技术[1-2],与其他的分离技术相比,该技术有操作条件温和、可持续操作和容易放大等优点。
离子液体是由含氮磷的有机阳离子和无机阴离子组成的一种新型绿色溶剂。
改变阴阳离子组成,可以合成不同性质的离子液体,使其拥有选择性溶解能力,在多种萃取分离中得到广泛的研究与应用,也被称为液体分子筛[3],因此离子液体双水相体系受到了越来越多的研究者的关注[4]。
离子液体双水相体系结合了离子液体与双水相体系的优点,在分离和钝化方面表现出更大的优势[5]:1、操作条件温和,可以在常温下进行;2、传质和平衡速率快,回收效率可达到90%以上,能耗较小;3、各种参数可以按比例放大且不影响回收率;4、相间的张力小于有机溶剂和水,能保持大部分生活分子的活性;5、萃取过程中能比传统的高聚物水相更好控制乳化现象;6、离子液体不会出现有机溶剂因挥发而引出环境问题。
2 离子液体双水相萃取的应用2.1在工业分析的应用2.1.1 萃取分离食用素邓凡致等[6]利用亲水性离子液体BF4 NaH2PO4形成的双水相体系萃取分离苋菜红,研究了盐的浓度、离子液体浓度、溶液pH和其他共存物对萃取的影响。
结果表明,溶液的pH在4~6范围,NaH2PO4的加入量为2.0~2.5g,离子液体量在1.0~2.0mL,苋菜红溶液量在1.5mL,离子液体双水相体系对苋菜红有较高的萃取率(E%>90),并且分相迅速,界面清晰,没有出现乳化现象。
2.1.2 萃取分离抗生素赵第海等[7]优化离子液体Br和K2HPO4的成相条件,建立了对鸡蛋中痕量氯霉素(CAP)检测的高效液相色谱方法,研究了萃取痕量氯霉素的最佳体系。
利用磷酸盐溶液(pH=7)、甲醇、NaCl溶液的混合溶液提取样品,V(甲醇):V(水)=3:7为流动相,流速1.0mL/min,UV检测器的检测波长设为278nm,柱温25℃,进样量20μL。
对鸡蛋中氯霉素残留进行了测定,在0.05~15mg/L范围内,CAP的响应峰面积与其浓度呈良好相关性(r=0.9994)。
不同浓度的回收效率为90.3%~101.7%,相对标准差为1.7%~2.6%。
该方法检测CAP具有干扰小、速度快、灵敏度高等有点。
2.1.3 分离提纯蛋白质 王军等[8]利用离子液体BF4和KH2PO4形成的双水相体系对牛血清白蛋白(BSA)进行了萃取实验,研究了盐的加入量、离子液体浓度、溶液pH、蛋白质浓度等因素对萃取率的影响。
实验结果表明:当KH2PO4的加入量为85g/L、离子液体的浓度在200~250g/L、BSA的浓度60~120mg/L、溶液的pH在4.5~7时,其萃取率可达到98%以上,将该体系用于萃取α-淀粉酶,萃取率达到了98.5%。
2.2 在药物分析中的应用 Li等[9]采用了离子液体Cl K2HPO4双水体系从罂粟壳中提取出了鸦片碱,并提出了一种利用离子液体双水相技术结合高效液相色谱法测定鸦片碱的新方法。
樊静等[10]在萃取富集农药吡虫啉和啶虫脒时运用了离子液体Cl K2HPO43H2O的双水相体系。
结果表明:当采用0.40g离子液体,7.60gK2HPO43H2O,6mL农药水溶液在pH9萃取农药,萃取率达100%;少量的离子液体能达到较高的富集率。
在最佳萃取条件下,将该体系同于环境水样中吡虫啉和啶虫脒农药的萃取测定,加标回收率和相对误差分别在98.7%~102.0%和2.2%~3.5之间。
2.3 在金属分离中的应用邓凡致等[10]利用亲水性离子液体BF4和NaH2PO4形成的双水相体系萃取光度法测定铜。
具体研究了离子液体用量、溶液pH、铬天青S、盐的加入量对测定的影响及共存物质对Cu2 萃取的影响与消除。
实验结果表明,在pH5.0~8.0范围内,离子液体双水相中铬天青S及Cu2 形成的配合物有较高的吸光度,络合比为3:1,配合物最大吸收波长位于590nm,表观摩尔吸光系数为5.16x104Lmol-1cm-1,Cu2 量的线性范围为0~4.0μg/mL。
该方法用于铝合金标准样品中铜的测定,结果与认定值相符。
使用后的离子液体经过简单处理可以进行多次重复使用。
3 深共晶溶剂(DES)技术研究进程 Wazeer, I.等[11]采用COSMO-RS方法对五种氯化胆碱基深共晶溶剂进行定性和定量筛选,分离苯与甲醇或乙醇形成的共沸二元体。
计算无限稀释时的活度系数,以评价各DES的容量、选择性和性能指标。
他们分别将氯化胆碱与乙二醇、乙酰丙二酸、1,2-丙二醇结合进行验证实验,结果表明当氯化胆碱与乙二醇的摩尔比为1:4时,DES在分布比和选择性上表现最佳。
并通过2D NMR分析,研究了醇的萃取机理及其对DES结构的影响。
该分析表明,当醇浓度超过40mol%时,DES的氢键断裂,只发生一个相,因此分离变得不现实。
Liu, X.等[12]为了分离碳酸二甲酯(DMC)和乙醇的共沸物,利用类导体屏蔽片段活度系数模型(COSMO-SAC)的输入σ-profiles确定了合适的深共晶溶剂。
在σ-profiles的基础上,选择4种基于氯化胆碱的DESs进行评价。
在T=298.15K和308.15K下测定了DMC 乙醇 DESs的液体液体平衡(LLE)数据。
计算其分布系数和选择性,评价DESs的提取能力。
并探讨了不同温度对相行为的影响。
此外,还获得了分布在上下相的DESs的1H NMR谱,以检验DESs的完整性。
同时,采用NRTL模型对LLE实验数据进行相关性分析,相关结果与实验数据一致。
Zafarani-Moattar, M.T.[13]以聚乙二醇二甲醚250和氯化胆碱为氢键受体( HBA )和蔗糖为氢键供体( HBD )的混合物为原料,在常压(≈85kPa )下,在T=298.15、308.15和318.15 K下,通过液液平衡和药物分配研究,系统地研究了不同摩尔比( 1:1、2:1和4:1)的可生物降解ATPS。
利用有效排斥体积理论拟合溶解度数据计算得到的天然深共晶溶剂的盐析强度,探讨温度和HBA:HBD摩尔比对该ATPS相分离的影响,趋势是通过提高HBA:HBD摩尔比和升高温度使两相区域扩大。
通过计算咖啡因、拉莫三嗪、氯硝西泮和奥卡西平的分配系数和萃取效率,考察了HBD、HBA / HBD摩尔比、温度、药物性质和天然低共熔溶剂的质量分数对ATPS分离咖啡因、拉莫三嗪、氯硝西泮和奥卡西平的影响。
在所有条件下,高疏水性药物均能被有效地分解成顶相,单步萃取效率可达90%,表明药物与富集在该相中的聚合物之间存在优先相互作用。
Ferreira, L.A.等[14]测定了由分子量为600(PEG-600)的聚乙二醇和三甲胺N-氧化物(TMAO)在0.01M的磷酸钠缓冲液(NaPB)中形成的新型两相水相体系的相图,并对这些相的疏水、静电等溶剂性质进行了表征。
PEG-600和氯化胆碱在0.01M磷酸钠缓冲液(NaPB)中形成的ATPS的性质相同。
测定了不同浓度下聚丙烯乙二醇400(PPG-400)、聚乙二醇二甲醚250(PEGDME-250)和氯化胆碱水溶液中水的溶剂性(双极性/极化率、氢键供体酸度和氢键受体碱度)。
结果表明,混合物中相分离所需的聚合物浓度为35%wt。
在给定浓度下,单个聚合物溶液中的氯化胆碱与水的氢键供体酸度或氢键受体碱度呈线性关系。
Chen, J.等[15]首次建立了由两种新型聚乙二醇基疏水体系和亲水深共晶溶剂(DESs)形成的新型水胶束两相体系(AMTPS)。
选择三种典型的亚甲基蓝(MB)、苏丹III(Su)和日落黄FCF(SY)作为目标,评价新型基于DES/DES的AMTPS作为绿色提取技术的可能性。
系统地研究了AMTPS的组成,包括疏水和亲水的DES类型、氯化胆碱/甘油的摩尔比和聚乙二醇的分子量的影响。
经研究,以[N8881]Cl/PEG400为疏水DES,Ch/G(摩尔比为1:1)为亲水DES,制备了基于DES/DES的AMTPS。
通过影响因子实验,对颜料的浓度、离子强度、pH值和温度进行了综合评价。
结果表明,随着pH值的增加,超过95.00%的Su/SY分布在富胶束相中,且随着pH值的增加,几乎所有的MB都可以从胶束差相转移到富胶束差相中,近99.75%的Su被分离成富胶束相。
方法验证结果表明,该方法能优先获得精确的颜料分离实验数据。
通过电导率、动态光散射(DLS)和透射电子显微镜(TEM)的机理研究表明,疏水和静电相互作用在颜料和DESs之间形成胶束是分离的主导力量。
此外,[N8881]Cl/PEG400可以在再生研究中有效地回收和重复利用。
本研究中提出的基于DES/DES的新型AMTPS为各种电荷或疏水性物质的分离提供了一种环保的提取方法。
4 本课题研究的内容与意义从Xu和同事[16-19]首次将DES应用于ATPS之后,人们对DES的研究越发深入,但到目前为止,还没有对DES 盐 水这样的体系进行研究。
为此,本研究的目的是测量由DES 磷酸氢二钾 水组成的伪三元体系的液-液相平衡(LLE),并将其与由氯化胆碱(ChCl) 磷酸氢二钾 水组成的已知三元体系进行比较。
提出一种基于热重分析的新分析技术来定量相的组成,其结果将阐明DES在这些ATPS上的稳定性。
NRTL模型将用于处理LLE实验数据的相关性。
此外,还将对这些体系中没食子酸的分配进行研究。
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2.2.3 离子交换分析 使用电感耦合等离子体光谱仪通过原子发射光谱确定磷和钾离子,评估相系统之间的离子交换。
2.2.4 没食子酸的分配用DES与氯化胆碱组成的体系处理浓度不同的没食子酸溶液。
所有混合物均在离心管中以0.0001g的不确定度制备,用涡旋混合器适当搅拌,并在298.16K的恒温浴锅验中保持至少18小时。
相分离后,用紫外-可见分光光度计(UV-1800,岛津)在262nm处测定各相中的没食子酸浓度。
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