由于合成簡(jiǎn)易、成本低廉,低共熔溶劑(Deep Eutectic Solvent,DES)在眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,尤其是應(yīng)用于雙水相體系(Aqueous Biphasic Systems,ABSs)。雙水相體系是由兩種水相溶的物質(zhì)在一定濃度下分層形成,能夠提供相對(duì)溫和的環(huán)境,是一種綠色可持續(xù)性和環(huán)境友好型體系。通過大量的研究發(fā)現(xiàn),基于低共熔溶劑的雙水相體系不僅萃取性能良好,而且能夠保證分析物的完整性,使得分析物在萃取前后不會(huì)發(fā)生變性失活等現(xiàn)象。此外,該體系制備簡(jiǎn)單,易于大批量工業(yè)化生產(chǎn)。蛋白質(zhì)和核酸是研究生命活動(dòng)的重要物質(zhì),所以通過分離純化制備其純品顯得至關(guān)重要。色素在紡織工業(yè)和食品工業(yè)等方面應(yīng)用廣泛,準(zhǔn)確快速地檢測(cè)違禁色素含量是保證食品安全的重要措施。本文成功合成各種新型低共熔溶劑,并結(jié)合新的成相鹽構(gòu)建一系列低共熔溶劑雙水相體系,進(jìn)一步探究了該體系萃取牛血清白蛋白、RNA和莧菜紅的性能。主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)基于二元和三元的低共熔溶劑雙水相體系萃取分離蛋白質(zhì)本研究對(duì)比了二元和三元低共熔溶劑應(yīng)用于雙水相體系萃取分離蛋白質(zhì)的性能差異,以牛血清白蛋白(BSA)作為目標(biāo)蛋白進(jìn)行萃取機(jī)理的探究。選用四甲基氯化銨(TMAC)作為氫鍵受體合成了四種二元和四種三元低共熔溶劑。通過相圖可以發(fā)現(xiàn)二元低共熔溶劑的成相能力強(qiáng)于三元低共熔溶劑。其次,對(duì)比兩者萃取能力可以發(fā)現(xiàn),三元低共熔溶劑的萃取能力更佳。然后,選取四甲基氯化銨-尿素和四甲基氯化銨-尿素-甘油進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn),包括DES的質(zhì)量、鹽濃度、牛血清白蛋白的質(zhì)量、溫度和pH。優(yōu)化萃取條件后,二元和三元低共熔溶劑的最佳萃取效率高達(dá)99.31%和98.95%。但反萃取實(shí)驗(yàn)證明了三元低共熔溶劑具有更大的優(yōu)勢(shì),反萃取效率為71.89%,而二元低共熔溶劑僅為21.02%。最后,運(yùn)用傅里葉變換紅外光譜儀(FT-IR)、圓二色譜(CD)、動(dòng)態(tài)光散射(DLS)、透射電鏡(TEM)進(jìn)行了萃取機(jī)理的研究。所擬方法表明三元低共熔溶劑結(jié)合雙水相體系萃取蛋白質(zhì)具有一定的優(yōu)勢(shì),為設(shè)計(jì)功能化低共熔溶劑提供了新思路。(2)基于聚乙二醇的低共熔溶劑雙水相體系萃取分離RNA合成了16種基于聚乙二醇(PEG)和季銨鹽的新型低共熔溶劑,結(jié)合雙水相體系萃取分離RNA。全面評(píng)估了氫鍵供體的分子量和含量、氫鍵受體的碳鏈長(zhǎng)度和陰離子種類、成相鹽的種類對(duì)成相的影響。其次,通過萃取RNA可以發(fā)現(xiàn),PEG含量和分子量越小、季銨鹽碳鏈長(zhǎng)度越長(zhǎng)和成相鹽的疏水性越強(qiáng)越有利于萃取。然后,選取基于四丁基溴化銨(TBAB)/聚乙二醇600(PEG 600)合成的低共熔溶劑[TBAB][PEG600]和Na_2SO_4的體系進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn),在最佳萃取條件下,RNA的萃取效率達(dá)到99.76%左右,且表明靜電作用是萃取RNA的主要驅(qū)動(dòng)力。因此,通過調(diào)節(jié)離子強(qiáng)度可以使得反萃取效率達(dá)到85.19%到90.78%。此外,選擇性萃取實(shí)驗(yàn)證明了86.19%RNA集中分布在下相,72.02%色素(Trp)主要分布在上相。最后,利用動(dòng)態(tài)光散射和透射電鏡進(jìn)一步考察了萃取RNA的機(jī)理。本實(shí)驗(yàn)提出了低共熔溶劑雙水相體系綠色高效萃取RNA的方法。(3)基于聚丙二醇的低共熔溶劑雙水相體系萃取分離莧菜紅本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用聚丙二醇400(PPG 400)和四丁基溴化銨(TBAB)合成低共熔溶劑,選擇不同種類的新型鹽作為成相劑構(gòu)建低共熔溶劑雙水相體系,例如季銨鹽、氨基酸和多元醇。通過相圖可以發(fā)現(xiàn),在所研究的成相鹽中多元醇類的鹽成相能力稍遜色于其他種類的鹽。此外,鹽的碳鏈長(zhǎng)度越短,越有利于促進(jìn)相分離。選取疏水性不同的三種色素作為分析物,探究疏水性對(duì)于低共熔溶劑/PPG 400和鹽溶液構(gòu)建的雙水相體系萃取效果的影響,結(jié)果表明色素疏水性越強(qiáng)越有利其富集在低共熔溶劑相。另一方面,鹽的成相能力下降,所有體系萃取能力也隨之下降。據(jù)此,運(yùn)用PPG 400和甜菜堿的雙水相體系選擇性萃取分離色素,可以發(fā)現(xiàn)93.00%蘇丹紅Ⅲ分布在上相,而80.00%左右的日落黃和莧菜紅趨向于富集在下相。進(jìn)一步選用DES/甜菜堿體系進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)和反萃取實(shí)驗(yàn),優(yōu)化萃取條件后有98.00%的莧菜紅可以被萃取到上相,只有67.98%的莧菜紅能被反萃取到下相。最后,運(yùn)用動(dòng)態(tài)光散射和透射電鏡進(jìn)行萃取機(jī)理的探究,結(jié)果表明疏水性是萃取色素的主要驅(qū)動(dòng)力。本實(shí)驗(yàn)致力于開發(fā)新型成相鹽,并設(shè)計(jì)了環(huán)境友好型萃取色素的方式,促進(jìn)了雙水相體系在檢測(cè)食品色素方面的進(jìn)一步發(fā)展。
【學(xué)位單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O629.7;O658
【部分圖文】：

換言之，可通過改變組分控制低共熔溶劑的熔點(diǎn)。圖1.1 四丁基溴化銨-尿素低共熔溶劑的合成路徑1.1.3.2 粘度粘度是衡量液體粘性大小的參數(shù)，而粘性指的是液體處于流動(dòng)狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生內(nèi)摩擦的性質(zhì)，所以通過粘度大小可表征與液體性質(zhì)相關(guān)的阻力因子。根據(jù)文獻(xiàn)可知，決定粘度大小的主要因素是液體中的氫鍵和范德華力[25]。液體的粘度(包括低共熔溶劑)可選用旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)等儀器測(cè)定。通常來說，低共熔溶劑的粘度在 10 到 700 mPa·s 之間，而大多數(shù)的低共熔溶劑的粘度大于 100 mPa·s，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的主要原因是：一方面低共熔溶劑中存在復(fù)雜的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，不同陰陽離子之間的靜電作用力存在差異；另一方面，低共?

能夠穩(wěn)定存在且不會(huì)失活。因此，雙水相萃取技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于多種生物分子的分離分析，包括蛋白質(zhì)、酶、核酸、多肽等。其分離過程如圖 1.2 所示。圖1.2 雙水相體系萃取分離過程1.2.2 雙水相體系的相圖雙水相體系的相圖是直觀判斷不同濃度的組分能否形成兩相的重要手段。相圖的橫縱坐標(biāo)由兩組分的梯度質(zhì)量分?jǐn)?shù)構(gòu)成。如圖 1.3 所示，圖中曲線稱為雙節(jié)線，代表 A 物質(zhì)和 B 物質(zhì)形成雙水相體系時(shí)的相圖。曲線以上的區(qū)域是兩相區(qū)，該區(qū)域內(nèi)的任意一點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的組分含量均可構(gòu)成一個(gè)雙水相體系；曲線以下的區(qū)域是均相區(qū)。圖中的 Y 點(diǎn)表示體系的組成情況，其中，a 和 a`代表平衡時(shí)的上下相。直線aYa`稱為系線，該線上的各點(diǎn)具有相同的組成，但是兩相的體積比不同。a 相和 a`相的質(zhì)量之比與 Ya`和 Ya 的線段長(zhǎng)度之比相等。當(dāng)系統(tǒng)的組成情況由 Y 點(diǎn)移動(dòng)到Y(jié)`時(shí)，系線長(zhǎng)度縮短，體系之間的組成差相應(yīng)地變小。直到 Y 點(diǎn)移動(dòng)到 C 點(diǎn)，即到達(dá)臨界點(diǎn)。相圖中的臨界點(diǎn)是由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，實(shí)驗(yàn)中通過改變成相組分的質(zhì)量，記錄使體系恰好成相時(shí)的濃度

相體系的成相，甚至有時(shí)可以決定該體系是否能夠形成雙水相。特別是在臨界點(diǎn)附近，溫度對(duì)體系的影響最明顯。圖1.3 雙水相體系的相圖作為一陣高效的抗生素，青霉素雖然其生產(chǎn)技術(shù)趨于成熟，但依然存在可改良之處，特別是萃取提純方面面臨青霉素降解損失等問題。因此，雙水相技術(shù)萃取分離青霉素具有一定的優(yōu)勢(shì)。Jiang 等人結(jié)合終端改性的聚合物(聚乙二醇)構(gòu)建新型雙水相體系，達(dá)到相分離平衡后，大約 95.8%以上的青霉素可以轉(zhuǎn)移到咪唑基終端化的聚合物富集相。通過引入疏水性的離子液體，調(diào)節(jié)溶液的 pH 至堿性環(huán)境，成功將該聚合物從雙水相體系中分離出來。最后，調(diào)節(jié)溶液至弱酸性(pH 5.5-6)，可以將聚合物和疏水性離子液體徹底分離[67]。運(yùn)用聚乙二醇修飾蛋白質(zhì)有利于優(yōu)化其物理化學(xué)性質(zhì)和動(dòng)力學(xué)性能。然而，聚合反應(yīng)的產(chǎn)物中存在未反應(yīng)的蛋白質(zhì)和聚合物的偶聯(lián)劑等
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 譚婷;低共熔溶劑的制備及其在一些食品和中藥分析中的應(yīng)用研究[D];南昌大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 郭武杰;季銨鹽離子液體分離油酚混合物及機(jī)理[D];北京化工大學(xué);2013年

2 張紅艷;離子液體體系中磷酸鹽分子篩的合成及其特性[D];太原理工大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2851632