双水相萃取分离生物活性物质是近年来开发的一项重要技术。最初是将两种水溶性聚合物，如聚乙二醇（PEG）和葡聚糖，溶于大量的水中，形成双水相系统。一个水溶液相中含有大部分的PEG和少量的葡聚糖；另一水溶液相中含有大部分的葡聚糖和少量的PEG。图8-11是该系统的相图。A、B点代表两相的平衡组成。线段AB是系线（tie line）。线段AB长度大，表明两相组成的差别大，当AB长度为零时，系统就只有一个相同的相了。

图8-11　水-聚乙二醇-葡聚糖双水相系统示意图

将蛋白质混合物加入这样的双水相系统中，由于每一种蛋白质在两相中有不同的分配系数，从而达到分离的效果。为了防止蛋白质变性并保持溶液的pH，需加入少量的盐作为缓冲剂。然而，这样的系统有一个十分有用的性质：改变溶液的pH，改变加入盐的种类或离子强度可以使生物大分子在两相中的分配情况发生变化。因为两相的组成不同，盐不可能等量地分配在两相中。一方面，盐的浓度差在两相间形成电位差，如蛋白质一类的带电荷生物大分子在两相的分配将受到电位差的重大影响；另一方面，蛋白质的表面净电荷取决于溶液的pH，当pH变化时，也会显著改变蛋白质在两相的分配特性。此外，生物大分子在双水相的分配还取决于形成双水相的高分子化合物的性质。

式中，Mi为组分i的摩尔质量。渗透压第二位力系数（可参见7.4.1节有关内容）由低角度激光扫描测得。

第二步考虑向双水系统加入作为第3组分的蛋白质。蛋白质在两相的分配系数定义为

蛋白质所带电荷取决于溶液pH，因此分配系数计算应考虑到离子（盐）的存在。当所有蛋白质浓度都较小时，其中某一蛋白质的分配系数可由下式计算

式中，F是法拉第常数；E是电势；z是电荷数；γ是化学活度系数，即不考虑离子在两相中分配不均引起的静电作用时的活度系数。

加入的盐完全离解为ν+个带z+电荷的正离子和ν-个带z-电荷的负离子，且在两相中分配不均，造成两相的电位差。运用拟静电势理论可将电势差ΔE与双水相系统的平衡性质直接联系起来。

若盐是1∶1价的电解质，则上式可简化为

式中，Km是盐在两相的分配系数。式（8-157b）提供了由可测定的系统平衡性质计算电位差的方法，然后便可由式（8-155）计算K3。在许多情况下，电势差很小，或许只有几微伏，但它对K3的影响是决定性的，比化学活度系数重要得多。

图8-12　ΔE对糜蛋白酶在PEG3500-葡聚糖T70-水系统中的分配系数的影响

1—无α-环糊精；2—有α-环糊精。

从式（8-157a）、式（8-157b）可知，改变盐的分配系数可改变生物大分子在双水相中的分配状况。图8-12中，曲线1表示了糜蛋白酶在含PEG3500、葡聚糖T70的双水相系统中的分配系数与平衡系线长度的关系。系统温度为25℃，pH为7.3，KI总量为1mmol·L-1。向该系统加入少量（1mmol·L-1）α-环糊精后，溶液中的I-受到有力吸附，与环糊精一起，大部分留在了富葡聚糖的水相中。盐的分配越不对称，ΔE也就越大，从而使糜蛋白酶的分配系数发生很大变化。图8-12的曲线2反映的就是加入环糊精后的情况。高分子双水相系统通常包括的高聚物-无机盐系统，其中仍以聚乙二醇-硫酸盐或磷酸盐系统最为常见，但这些系统存在着成相机理还不十分清楚，以及较高的盐含量在某种程度上降低了生物物质的活性且界面吸附多、聚合物回收困难等缺点。

环氧乙烷（EO）和环氧丙烷（PO）的无规共聚物（EOPO）使聚合物回收困难这一问题有可能得以解决。EOPO具有相对低的浊点（50℃），在水溶液中，当温度超过其浊点时发生温度诱导相分离，会形成新的两相系统。目的产物分配在富含水的上相，而富含EOPO的下相得以回收。朱自强等研究了黄芩苷在EOPO/混合磷酸钾（KHP）双水相系统、温度诱导相系统中的分配，并利用双水相萃取结合温度诱导相分离提取黄芩苷，取得了比较满意的效果。

习　题

8.1　已知25℃时0.1mol·kg-1 2SO4水溶液的平均活度系数为0.265，试求其平均活度。

8.2　试分别求算下列溶液的离子强度I和质量摩尔浓度m之间的关系：KCl、MgCl2、FeCl3、ZnSO4、Al2（SO4）3。

8.3　同时含0.1mol·kg-1KCl和0.01mol·kg-1BaCl2的水溶液，其离子强度是多少？

8.5　试用Debye-Hückel极限公式计算25℃时BaSO4分别在（1）纯水；（2）0.01mol·L-1ZnCl2；（3）0.01mol·L-1a2SO4中的溶解度。已知25℃时BaSO4在水中的溶度积Ksp=0.916×10-10。(www.daowen.com)

8.6　试比较AgCl在下列液体中的溶解度：（1）H2O；（2）0.1mol·kg-1NaNO3；（3）0.1mol·kg-1NaCl；（4）0.1mol·kg-1Ca（NO3）2。已知25℃时AgCl在水中的溶度积Ksp=1.80×10-10。

8.7　在1.0L 0.10mol·L-1H3PO4溶液中加入6.0g NaOH固体，完全溶解后，设溶液体积不变，求：（1）溶液的pH；（2）37℃时溶液的渗透压；（3）在溶液中加入18g葡萄糖，其溶液的渗透浓度为多少？是否与血液等渗（300mmol·L-1）？已知MW（NaOH）=40.0，MW（C6H12O6）=180.2；25℃时磷酸的电离常数为Ka1=7.52×10-3，Ka2=6.23×10-8，Ka3=2.2×10-13。

8.8　SO2是电厂烟气排出的主要污染物之一，现已开发了多种以电解质水溶液为吸收剂的脱除SO2方法，请采用弱电解质溶液理论，对下列过程进行分析，并写出相应的气液平衡计算过程。（1）以纯水的为吸收剂；（2）以亚硫酸钠为吸收剂；（3）以CaO/CaCO3为吸收剂；（4）以Na2HPO4和NaH2PO4混合磷酸盐为吸收剂。