分光光度法测定痕量锌的方法研究.doc

分光光度法测定痕量锌的方法研究
学 生： 胡云甜，长江大学化学与环境工程学院
指导教师： 周享春，长江大学化学与环境工程学院

[摘要]自八十年代以来，环境分析特别是水体中水溶态金属子的分析的研究在国内外都很活跃。分光光度法是测定水溶态微量金属离子的常用检测方法，该方法操作简便，仪器结构简朴、价格低廉。双水相萃取技术是二十世纪五十年代发展起来的新型分离技术。它具有以水为溶剂、价格低廉、不易挥发、污染小、分相速度快、操作简朴、可以与其他技术相结合等优点，已经得到业界的广泛重视。通过双水相萃取技术与分光光度法集成应用，建立了集萃取分离和测定金属离子于一身的双水相萃取光度分析方法。
系统地研究了锌(11)一锌试剂的配合物在聚乙二醇 (PEG)2023一硫酸钠双水相体系中的光谱性质、组成、显色和萃取条件，建立了分析锌(II)的新方法。通过对PEG溶液用量、硫酸钠用量、显色剂的用量、体系的酸度等影响因素的优化，提高了选择性和灵敏度、基本消除了基体干扰。从线性关系、检出限、精密度及抗干扰能力等方面对该方法进行评价。将该方法用于食品等实际样品的分析测定，结果与原子吸取光谱法测定值相符。
[关键词]：聚乙二醇；双水相萃取；分光光度法；锌(II)

[Abstract]The studies of environmental analysis， especially the analysis of water soluble metalioninwater， are active worldwide from 1980，s. Spectrophotometry is the most popular deteetion method applied to determine water soluble trace metal ion.It is simple and convenient， and its instrument is also simple and low in price.Aqueous two-phase extraction technique， as a new type of separating technique developed from 1950，s， has reeeived broad attention in extraction area， because of its advantages，such as， water as solvent， low cost， less volatile， less pollution， fast phase se parating speed， simple operation，combination with other techniques. By the integrated applieation of aqueous two-phase extraction and spectrophotometry， the novel analysis method that aqueous two- phase extraction spectrophotometry was established.It can extract and simultaneously determine metal ions.
The spectral properties，composition， color and extraetions conditions of zine(II)- zineon eomplexes in the aqueous two-phase system formed by polyethylene glyeol(PEG) 2023 and sodium sulfate were systematieally studied， and the novel method of analyzing zinc(II)is established. The seleetivity and sensitivity was improved， and the matrix interference was basieally eliminated by optimizing the amount of PEG solution， sodium sulfate，chromogenie reagent， the acidity of the system and other，factors. The method was evaluated from linear relationship， deteetion limits Preeision，anti- interference capability and so on.The method was applied to analyze food and other samples. and the analytical results were in good agreement with the values measured by atomica bsorption spectrometry.
[Keywords]： polyethylene glyeol； aqueous two-Phase extraction； speetrophotometry； zinc(II)
分光光度法测定痕量锌的方法研究
学 生： 胡云甜，长江大学化学与环境工程学院
指导教师： 周享春，长江大学化学与环境工程学院
1 前言
微量锌与人体健康的关系已成为越来越多的学者讨论的热点问题之一。锌作为人体不可缺少的微量元素之一， 日益受到人们的关注和重视。它被称为 “生命元素” ，人体多种酶的组成成分，具有重要的生理功能，缺锌可导致多种疾病。处在生长发育期的儿童、青少年假如缺锌，会导致发育不良。缺少严重时，将会导致”侏儒症”和智力发育不良。缺锌会导致味觉下降，出现厌食、偏食甚至异食。锌元素是免疫器官胸腺发育的营养素，只有锌量充足才干有效保证胸腺发育，正常分化T淋巴细胞，促进细胞免疫功能。锌的来源广泛，普遍存于各种食物，但动植物性食物之间，锌的含量和吸取运用率很大差别。但是摄入过量的锌也会引起急性肠炎和呕吐等中毒现象。在天然水体中，过量的锌对鱼类和其它水生生物影响极大，锌对鱼类的致死浓度是0.01mg/L。
痕量金属的检测近年来越来越受到人们的重视，过渡金属和重金属在环境水质和其它物质中浓度超过一定值时就会产生毒性，从生态毒性的观点来看，金属离子化合物不仅毒性高，并且还会在各种有机体中积累。故研究锌的测定方法有很大的意义。
2 选题背景
2.1 题目来源
结合科研
2.2 研究的目的和意义
锌是人类必需的微量元素，对人体有重要生理作用，是人体内200多种酶的组成部分，直接参与核酸、蛋白质的合成、细胞的分化和增殖以及许多重要的代谢，人体内尚有一些酶需要锌的激活才干发挥其活性作用。锌是人体生长发育、生殖遗传、免疫、内分泌等重要生理过程中必不可少的物质，人体含锌总量减少时，会引起免疫组织受损，免疫功能缺陷。长期以来，人们对人体因缺少锌而引起的锌缺少症进行了大量的研究工作。已经证实，由于锌缺少可以引起多种疾病，甚至危及生命，锌缺少引起的重要症状有：厌食、口腔溃疡、生长发育不良、智力障碍，母体先天缺锌将严重影响子代健康。
标准人体中含锌量为2~3克。成人每日允许摄入量为巧毫克左右，存在于所有组织中，重要分布于肌肉中，另一方面分布于骨骼中，此外，视网膜等部位也有分布。其配合物在机体中形成良好的酸碱缓冲体系，使人体血浆闭值保持在中性水平上，锌还使细胞对自由基侵袭有抗御能力。低锌环境中出现胃肠炎、骨骼生长障碍等症状，人体由于职业性暴露等因素摄入过量锌，也许引起以胃肠道刺激为主的中毒症状。当饮用水中锌浓度为30.8毫克/升时，曾发生恶心和昏迷的病例。
锌剂的毒性较小，但体内锌量过大也可引起恶心、呕吐、胃部不适、急性腹痛、腹泻等消化道刺激症状，甚至脱水和电解质紊乱。长期服用高浓度锌盐可克制铜的吸取而导致贫血、生长延迟、肝细胞中细胞色素养化酶活力减少等中毒表现。高锌可减弱免疫功能，由于在镁离子存在下，锌可克制吞噬细胞的活性，减少趋化作用和杀菌能力；锌过多还可减少维生素C的含量和血液、肾脏、肝脏内的含铁量，同时克制铁的运用，导致缺铁性贫血。
2.3 测定锌的方法的发展
锌的测定对研究生命科学和生物医学具有重要意义。分光光度法由于操作简便、快速且仪器价格较低，是测定微量锌的常用方法。特别是近几年来，随着各种新显色剂的不断开发和应用，使分光光度法的应用更加广泛。分光光度法测定锌的报道很多，用于分析锌的显色剂也很多。
（1）含硫显色剂
近年来，虽然已出现许多性能优良的显色试剂，但以双硫腙为代表的经典显色剂，仍然在某些行业作为标准方法应用。锌与双硫腙的反映较为灵敏，最大吸取波长为535nm，摩尔吸光系数为 9.26×104L/mol·cm。该方法应用面广，其最大局限性是操作繁琐。葛宣宁等将样品溶液的pH调至9.5，然后加入Tween-20的双硫腙混合液，在540nm波长处测定吸光度，建立了双硫腙水相直接光度法测定微量锌。何斌运用锌—-双硫腙-十六烷基三甲溴化铵体系，也对双硫腙水相直接光度法进行了探讨，并成功地用于水中锌的测定。他们的工作均省略了萃取环节，使操作得到简化。
（2）卟啉类显色剂
用于锌光度分析的卟啉类显色剂近年来日益增多，这类试剂之所以受到分析工作者的重视，是由于卟啉类试剂具有易合成、结构类型多、灵敏度高的特点。任建成等研究了乙二胺存在下，在 pH10.2的Na2B4O7-NaOH介质中，四(对三甲按苯基) 卟啉与锌的显色反映，ε达3.42×105L/mol·cm。候振雨等对锌与meso-四(4-氯-3-磺酸苯基) 卟啉和十六烷基三甲溴化铵 (CTMAB)三元配合物的形成条件和光度性能进行了研究。由于加入CTMAB，使配合物的吸取峰发生红移，也达成 1.1×105L/mo1·cm。应用于人发和小麦中微量锌的测定，结果与原子吸取光谱法相符。
（3）偶氮类显色剂
偶氮类试剂是目前光度法测定锌研究多应用广的一类试剂，重要有鼻钉偶氮类试剂、咪唑偶氮类试剂、三氮唑偶氮类试剂以及8-羟基喹啉偶氮试剂。曾锋等用卡尔曼滤波递推法，结合析相光度法的选择性分离、富集的特点，在TritonX-100存在下以2-(5-溴-2-吡啶偶氮)-5-二乙氨基酚为显色剂，用析相光度法同时测定水样中锌、锰、镉。潘富友等研究了在pH8~9的NH3-NH4C1介质中，其合成的1-（2-咪唑偶氮)-2-萘酚-4磺酸与锌的显色反映，并应用于人发中锌的直接测定。蒋华江等合成了1-(2，3，5-三氮唑偶氮)-2--萘酚，并研究了在存在TritoX-100的条件下与锌的显色反映。张晓敏等初次合成了5-(2，6-二溴-4-硝基苯偶氮)-8-羟基喹啉，在Tween-80的增溶下其与锌显色反映灵敏度。ε为6.7×104L/mol·cm，比锌试剂灵敏度提高了2.6倍。
（4）三氮烯类显色剂
三氮烯类试剂是测定金属元素的灵敏显色剂。高篙等合成新的显色剂苯并噻唑重氮氨基偶氮苯，并研究了TritonX-100存在下，在PH11.5的介质中，其与锌的显色反映。刘俊康等研究了乳化剂OP存在下，在 pH10.4的介质中，锌与邻羧基苯基重氮氨基偶氮苯发生的显色反映，为2.l×105L/mol·cm。用于直接测定食品包装材料中的锌，并与原子吸取光谱法对照，结果满意。
（5）三苯甲烷类显色剂
章鹏飞等研究了在pH5的HOAc-NaOAc缓冲溶液中锌与二甲酚橙的显色反映。该方法能消除显色液中剩余二甲酚橙吸取影响，从而使灵敏度提高。夏畅斌等报道了Zn(II)-SCN-罗丹明B-PVA高灵敏度显色反映体系，建立了测定矿泉水中痕量锌的新方法，ε高达1.58×106 L/mol·cm，是目前光度法测定锌的最灵敏方法之一。但该
体系对温度规定高宜控制在15~20℃，温度低于15℃显色不完全，高于20℃吸光度下降。
综上所述，近年来微量锌的光度分析取得了较大进展，各类试剂的灵敏度均有所提高，摩尔吸光系数一般达成104~105，个别的达106。由于各类试剂的选择性和充足运用掩蔽效应，一般无需分离即可直接测定人发、血清、水质及食品中的锌。
总之，近几年来关于锌的测定方法很多，并且不同的分析方法有各自不同的优点。其中报道最多的是分光光度法，这种方法灵敏度高，选性好，操作简便，快速准确；其他的分析方法，如库仑分析法在测定锌中的应用比较少。若能将化学的分离富集技术或生富集技术与现代仪器技术相结合测定锌，将会有更广阔的发展前景。对食品中锌的研究对现代人的生活起到很大的作用，对锌含量的测定的技术将广泛应用于人们的生产生活中。
3 方案论证
萃取技术在分离领域有着悠久的历史和丰富的内涵，液-液萃取更以其操作简便、解决量大、设备简朴、投资小的优点在精细化学品、生物、制药、食品、稀有金属分析等领域得到了广泛的应用。但是，传统的液-液萃取技术由于使用大量的有机溶剂而不可避免地危害环境。近年来，随着现代科学技术的发展，各种新型的萃取技术也随之问世，如双水相萃取、反胶束萃取等，这些新技术以其各自独特的优势在不同的生产领域得到了应用[1]。其中双水相萃取(Aqueous two-phase extraction，简称ATPE)以萃取条件温和、操作简便·投资小、以水为溶剂、无有机溶剂残留、过程易于放大等优点[2]在基因工程[3]、天然药物化学成分的萃取[4]、生物制药[4]、食品生产[5]等领域得到了广泛的应用。
3.1双水相体系的形成、种类和成相机理
将两种不同水溶性聚合物的水溶液混合时，当聚合物浓度达成一定值时，体系会自发地提成两个互不相溶的水相，两相中均具有大量水，构成双水相体系 (Aqueous two-phase system，简称ATPS)。或当一种聚合物与一种盐溶于同一种溶剂时，当聚合物或无机盐的浓度达成一定值时，也会生成互不溶的两个水相。由于使用的溶剂都是水，故称为双水相体系。
3.1.1 双水相体系的形成
双水相萃取技术是随着现代生物技术的发展而发展起来的新型分离技术。现代生物技术的发展在很大限度上依赖于生物分离技术的开拓和进展。因此，寻求快速高效、经济简便、合用于生物产品分离和纯化的技术便十分迫切。双水相萃取技术正是随着这种需求而发展起来的。
1896年，荷兰微生物学家Beijerinck[6]发现当明胶与琼脂在一定浓度范围内相混合时，得到一个不透明的溶液，随即提成两相，上相具有大部分的明胶，下相具有大部分的琼脂。两相的重要成分都是水，而互不相溶，因此，称之为双水相。这是人类对于双水相体系最早的结识。这种现象现在称之为”聚合物的不相溶性”。
此外，某些聚合物溶液与一些无机盐等低相对分子量化合物的溶液相混合时，只要浓度达成一定值，体系也会形成两相。这就是最为常见的聚合物一低相对分子量化合物双水相体系，重要有：PEG/磷酸钾、PEG/磷酸按、PEG/硫酸钠、PEG/硫酸按、PEG/葡萄糖等。上相富含PEG，下相富含无机盐或葡萄糖。
从热力学的角度上来讲，当两种高聚物溶液互相混合时，是否相溶决定于混合时熵的增长和分子间作用力两个因素。两种物质混合时熵的增长与分子数有关，根据热力学第二定律可知，组分间混合是熵增长的过程，因而可自发进行。分子间作用力可看作是分子中各基团间互相作用力之和，分子越大，作用力也越大。当两种高分子聚合物之间存在互相排斥作用时，由于分子量较大，分子间的互相排斥作用与混合过程的熵增长相比占主导地位。因此，一种聚合物的周边将聚集同种分子而排斥异种分子，当达成平衡时，即形成分别富含不同聚合物的两相。
3.1.2双水相体系的种类
目前已有的双水相体系根据成相物质的不同可分为以下类型(见表1)。常用的双水相体系一种类型是两种非离子型聚合物，另一种类型是一种聚合物与一种无机盐组成的体系，如：葡聚糖/磷酸盐、聚醚/磷酸盐、甲基纤维素/硫酸盐、聚乙二醇/硫酸盐。聚乙二醇-无机盐体系的萃取专一性高，并且价格低廉，是最为常用的双水相体系

表 l 几种典型的双水相体系
Table 1 Some types of aqueous two- Phase systems
聚合物-水
高分子电解质-聚合物-水
高分子聚合物-高分子电解质-水
聚合物-低分子量组分-水
聚丙烯乙二醇-甲氧基聚乙二醇
聚乙二醇-聚乙烯醇
聚乙二醇-葡聚糖
聚吡咯烷酮-甲基纤维素
硫酸葡聚糖钠盐-聚丙烯乙二醇

羧甲基葡聚糖钠盐-甲基纤维素
硫酸葡聚糖钠盐-羧甲基纤维素钠盐

硫酸葡聚糖钠盐-羧甲基纤维素钠盐
聚丙烯乙二醇-磷酸钾
甲氧基聚乙二醇-磷酸钾
聚乙二醇-磷酸钾
聚丙烯乙二醇-葡萄糖
双水相体系最初发现于高分子聚合物的水溶液，当时研究者普遍认为当两种高聚物混合后，由于聚合物分子之间的互相排斥作用和空间位阻效应，使其无法互相渗透，不能形成均一相，因此分子间的排斥作用与混合过程的熵增相比占主导地位，聚合物分子的周边最终聚集同种分子而排斥异种分子，当达成平衡时，即形成分别富含不同聚合物的两相件[7-9]，符合相似相容性原则。从微观结构看，聚合物分子被周边的水分子强烈水化，这会诱导周边的水分子有一定的取向，由于两种聚合物周边的水分子结构不相容，有较明显的排斥作用，从而形成界面。但随着高聚物-无机盐、低分子量的某些表面活性剂之间，以及很多普通有机物和无机盐之间的新型ATPS被不断开发出来，这种观点的传统地位受到了挑战。对于这些新型两相体系形成机理的解释也是多种多样[10]：大多数学者认为高聚物-无机盐-H2O型双水相体系的形成是盐析作用的结果[8，11]；表面活性剂混合溶液形成双水相的机理，以Blankstein等为代表的学者认为是表面活性剂混合溶液中不同的组成和结构的胶束平衡共存的结果[8，12-13]；普通有机溶剂乙醇、丙醇等与无机盐形成双水相的机理是有机溶剂与无机盐争夺水分子形成缔合水合物的结果[8，14-15]；显然，以上这些理论的解释都有其科学和对的的一面，尚有待于进一步的探索。但有学者提出了关于ATPS的双结线模型(bimodal model)[l6-18] (见图 1)，该模型通过定义分子间互相作用的表观排斥体积(apparent excluded volume)，在记录几何学的基础上与ATPS的物化性质特别是界面特性(界面张力及界面粘弹性等)进行了关联，进而为研究ATPS的成相机理和分派原理提供了理论参考

图 l 双水相体系的双结线模型
Fig. 1 1The bimodal model of aqueous two- Phase system
图中的曲线为双结线(Binodal)，双结线以下的区域为均相区，以上的区域为两相区，也称为工作区。连接双结线上两点的直线称为系线(Tie-line，简称TL)，表达了双水相体系达成相平衡时上、下相组成和总组成的关系。系线上的各点上下相的组成相同，而体积不同，上下相的体积比近似服从杠杆规则，即

其中，和分别为上相和下相体积，和分别为A点与B点和A点与T点之间的距离。
系线长度(tie-line length)通过下式计算：

代表上下相的浓度差。一般情况下，体系对被分派物质的解决能力与系线长度成正比。由于体系的相比沿着系线呈规律性的变化，因此可以根据相图人为的调控体系组成，改变相比，提高目的物质的回收率。但是，假如相比过大或过小，在提高被分派物质回收率的同时也将减少其纯度，影响提纯效果，因此在应用过程中需综合考虑回收率与纯化效果间的互相关系，以保证体系萃取效率的最优化。
3.2 双水相萃取技术
双水相萃取技术(Aqueous two-phase extration tecnique，ATPET)又称为水溶液两相分派技术。最先是由瑞典lund大学的Albertsson及同学们提出的。即运用双水相成相现象和待分离的物质在两相的分派系数的不同来实现分离和提纯的目的。该技术一出现，就被认为是生物产品分离和提纯的一个有效方法。1956年，Albertsson运用此现象成功地分离了叶绿体[6]，并开创了双水相萃取技术，从此之后，此技术才逐渐发展起来。双水相萃取技术是一种引人注目的、极有前程的新型分离技术，己经被广泛应用于生物化学、细胞生物学和生物化工[l9.20]等领域。
3.2.1双水相体系的分派原理
有关ATPS萃取方面的报道己有很多，但其影响因素却非常复杂，很难用完整的热力学理论体系来描述。但双水相萃取技术从原则上讲与一般溶剂萃取有许多共同之处。在满足成相的条件下，待分离物质若在两水相之间存在分派系数的差异，就也许实现分离提纯。溶质在双水相中的分派系数也用平衡状态下相和上相中溶质的总浓度之比来表达，其萃取原理是基于物质在两相之间的选择性分派。当物质进入双水相体系后，由于各种表面性质、电荷作用等各种因素[2l]的影响，使其在上、下两相中的浓度不同，两相的浓度比—分派系数K也就不同。借此就可以运用双水相体系进行物质的分离。与传统的萃取相比，该分派系数更大或更小。并且将要分离的物质在很大的浓度范围内，K值为常数，只取决于被分离物质的性质和特定的双水相体系的性质。根据两相平衡时化学位相等的原则，运用Brownstendt方程式可以求得分派系数K：

式中M—物质的分子量
λ—系统的表面特性系数
k—玻尔兹曼常数
T—温度
一般认为M值很大，而K和λ是对数关系，这意味着兄有较小的变化就会带来K值较大的变化，当M值很小，λ很小时，Mλ→O，因而k→1，因此过去认为小分子物质在双水相体系中趋于均匀分派。然而，90年代以来，研究结果表白：用双水相萃取技术解决小分子也取得了较抱负的效果，开拓了双水相分派技术的新领域，也为分离金属离子打下了坚实的基础。
3.2.2影响双水相萃取的因素
影响分派平衡即影响分派系数的因素有很多。在溶液中当一种物质溶于某种物质形成一相时，它便与周边的分子互相作用，这种作用也许涉及到氢键、离子键、水合键，尚有其他一些弱作用。一般情况下定量描述这些作用力是困难的，但可以从热力学基本点出发，作一些简朴的定性描述。假如物质从下相转移到上相的摩尔自由能变化为△G，那么此分派系数也可以表达为：

自由能变化△G重要包含物质与两相间的界面能的变化和两相的电位差，可表达为：

式中：γpt—物质在上相的界面张力
γpb—物质在下相的界面张力
A—表达大分子或粒子的摩尔表面积
μt、μo—表达两相电位
Z—物质所带电荷
从上式可以看出，物质的表面积和表面电荷、物质在两相的界面特性、电位差是影响物质分派平衡的重要因素。此外从相图可以看出，PEG或盐的浓度增大，两相的差别增大，两相之间的界面张力差增大，引起分派系数发生变化。因此在具体的实验中应根据实际情况来变化体系的条件，以引起分派系数的变化。山东科技大学硕士学位论文绪论但是在实际的操作过程中，无法固定整个双水相体系，也无法确切的知道分离的体系中有多少其它物质，所以使得整个体系相称的复杂。目前还没有定量的关联模型能预测整个体系的分派关系，最佳的操作条件仍需要具体的实验来完毕得到。
3.2.3双水相萃取的热力学模型
双水相萃取技术是近年来发展起来的、有希望用于大规模提取和纯化生物活性物质的新型生物分离技术。虽然，该技术在应用方面己取得了很大的进展，但几乎都是建立在实验的基础上，到目前为止还没能完全清楚地从理论上解释双水相系统的形成机理以及生物分子在系统中的分派机理。考虑到生物物质在双水相系统中分派时，是一个由聚合物、聚合物(或无机盐)、生物分子和水构成的四元系统，系统中的组分性质千差万别，从晶体到无定形聚合物、从非极性到极性、从电解质到非电解质、从无机小分子到有机高分子甚至生物大分子，这些都不可避免地导致理论计算的复杂性。近30年来，各类用于计算生物物质在双水相系
统分派系数的模型时有报道，诸如Baski：晶体吸附模型[22]、Hayne模型[23-24]、Grossman自由体积模型[25]、Diamond一Hsu模型[26]等，其中Diamond一Hsu模型既可计算聚合物/聚合物双水相系统中低分子量肤的分派系数，又能计算高分子量蛋白质的分派系数，有一定的普适性。
Diamond和Hsu从扩展的Flory-Huggins理论出发，截止到浓度的二次项，并把相间电势表达为上下相浓度差的二次函数，得到分派系数的简洁表达式如下：

式中，K为分派系数，A，b为Diamond-Hsu模型参数，wl为质量比例，上标 “ ’ ”表达下相目的产物的浓度，上标 “ ” ”表达上相目的产物的浓度。此模型对生物质在双聚合物双水相系统中分派行为的关联比较令人满意，但描述PEG/无机盐双水相系统中的分派时，结果并不抱负。梅乐和等网在关联尿激酶在PEG/混合磷酸钾系统中的分派系数时，对Diamond-Hsu模型进行了适当的改善，把相间电势表达为上下相浓度差的三次关系，截止到浓度的三次项，得到分派系数的表达式如下：

式中，A*、b*、c*为改善的Diamond-Hsu模型参数，当忽略三次项(即c*=0)时，式就回复为Diamond-Hsu模型表达式。
3.2.4双水相萃取技术的特点
双水相萃取技术是一种可以运用较为简朴的设备，并在温和条件下进行简朴操作就可获得较高收率和纯度的新型分离技术。其体系的成相物质和萃取原理与传统的有机溶剂萃取存在极大的差异。与一些传统的分离方法相比，双水相萃取技术具有以下独有的特点[21]：
（1）双水相体系所形成的两相大部分都是水，水含量一般高达70%~90%。
（2）两相间的界面张力小，一般为10-7~10-4了mN/m，比一般的有机萃取体系小1~3个数量级。因此，它比一般的有机萃取两相体系界面张力低的多，这样更有助于相际间的物质传递，缩短了相间的传质时间。
（3）双水相体系对环境污染小。与普通的有机溶剂萃取相比，形成双水相的物质对人体无害，可用于食品添加剂、注射剂和制药中，是一种环境和谐型萃取分离体系。
（4）双水相萃取过程一般不需要特殊解决就可以与后续纯化工艺相衔接，易于运用化学工程中的萃取原理进行连续化操作和工程放大。并且容易与离子互换层析、膜分离等新型技术结合。
（5）双水相体系中的传质和平衡速度快，回收率高，分相时间短，自然分相时间一般为5~15而min，且能耗较低，可以实现快速分离。
（6）高聚物的浓度、无机盐的种类和浓度，以及体系的PH值等因素都对被萃取物质在两相间的分派产生影响，因此可以采用多种手段来提高选择性和回收率。
（7）大量杂质能与所有固体物质一同除去，可使整个分离过程更加经济。
（8）操作条件温和，由于双水相的界面张力大大低于有机溶剂与水相之间的界面张力，整个操作过程可以在常温常压下进行，对于生物活性物质的提取来说有助于保持生物活性和强化相际传质。
由于上述优点的存在，双水相体系的应用研究日益受到重视，相关的研究报导逐年增长，再加上其操作简朴，且不存在有机溶剂的残留问题，其在物质的分离纯化过程中有良好的应用前景。
3.3双水相萃取技术的应用现状
人们对双水相体系的研究己近半个世纪，它作为一种新型的萃取体系以其独特的优点在生物[7]、食品[5]、医药[4，28-29]、稀有金属分析[30-31]等诸多领域实现了应用，并发挥着越来越重要的作用。
3.3.1双水相萃取技术在生物制药中的应用
目前在国外，双水相萃取技术在医药产品中的应用重要是经生物转化的基因工程药物和抗生素以及从动物组织中提取生化药物，科研人员在各种酶、核酸细胞、蛋白质、细胞器、菌体及氨基酸的分离和提纯等方面进行了广泛的研究(见表2)。至今，它已发展成为一种专用于生物产品分离的双水相技术。双水相萃取可用于许多生物物质的分离，它具有选择性好、产物收率高的优点。
表2 双水相萃取技术在生物分离中的应用
Table2 Theapplyeations of aqueous two-phase extration technology in the bio-separation[32]
分离物质
举例
体系
分派系数
收率/（%）
酶
过氧化氢酶的分离
PEG/DEX
2.9
81
核酸
分离有活性核酸DNA
PEG/DEX

60
生长素
人生长激素的纯化
PEG/盐
6.4

病毒
脊髓病毒和线病毒纯化
PEG/盐

90
干扰素
分离β-干扰素
PEG-磷酸酯/盐
630
97
细胞组织
分离具有胆碱受体的病毒
三甲胺-PEG/DEX
3.6
57
3.3.2双水相萃取技术在天然产物分离纯化中的应用
目前，关于双水相对中草药中有效成份的分离纯化的研究已有少报道，从己有的实例来看，双水相体系具有选择性好、成相时间短、萃取效率高、成本低等传统方法无可比拟的优势，展现了巨大的应用前景。林金清等[33]研究了甘草酸钾在乙醇/硫酸按双水相体系中的分派，通过对成相物质浓度、pH值等因素的调节，实现了分派系数超过13，收率超过96%的萃取效果，为在双水相中提取分离甘草酸钾的工业化生产提供了理论依据。张春秀等[34]研究了PEG1500/磷酸盐双水相体系对银杏叶浸取液中的黄酮类物质的萃取，萃取效率达98.2%。其它实例见表 3。双水相体系对天然产物的分离纯化研究为传统中药有效成份的分离纯化提供了一条崭新的思绪，也代表了它的此外一种发展趋势。
表 3 双水相体系对中草药中有效成份的纯化
Table 3 The Purifieation of effeetive components of Chinese herbal medieine using ATPS
中药成分
双水相体系
回收率
葛根素
丙酮/磷酸氢二钾
95.55%
黄岑黄酮
EOPO/无机盐
>95%
芦丁
聚乙二醇/硫酸铵
94.70%
柿叶黄酮
聚乙二醇/硫酸铵
95.28%
3.3.3双水相萃取技术在金属离子分离中的应用
自从zvarova提出了运用双水相体系分离金属离子的也许性[39]，无机离子在双水相体系中的分派研究才逐渐展开。双水相萃取技术对于金属离子的萃取分离多用于一些常见金属离子和稀有贵金属的分离。传统的有机溶剂萃取体系所用溶剂污染环境，对人体有害。而双水相体系与其有很大的不同，具有其独特的优点。这是传统的溶剂萃取方法所不可比拟的。因此，双水相萃取作为一种新型的分离技术应用于金属离子的萃取分离方面具有良好的发展前景。
近年来，国内外有关学者运用多种常见的显色剂作为萃取剂，对金属离子在双水相体系中的分派行为进行了研究，很好的实现了对金属离子的分离。陈玉焕等[40]研究了稀有元素铟在有配合剂PAR(4-(吡啶偶氮)-间苯二酚)存在和无PAR存在时的聚乙二醇硫酸钱双水相体系中的分派行为。高云涛等[41]研究了金(III)-卤素离子配合物在聚乙二醇/硫酸按双水相萃取体系中的分派行为，邓凡政等[42]运用聚乙二醇2023/硫酸铵/偶氮肿III双水相体系实现了钦和错的分离。双水相体系中金属离子的萃取分离的其他研究情况见表4。
表 4 金属离子的双水相萃取分离
Tble 4 Theaqueous two-Phase extraction and separation of metal iron
萃取剂
成相组分
目的离子
共存离子
锌试剂
铬天青S
碘化钾
PAR
水杨基荧光酮
铍试剂
硫氰酸钾
铝试剂
邻苯三酚红
罗丹明B
溴化钾
二甲酚橙
茜素S
偶氮氯膦
偶氮砷Ⅲ
丁二酮肟
PEG/硫酸铵
PEG/硫酸铵
乙醇/硫酸铵
PEG/硫酸钠
乙醇/硫酸铵
PEG/硫酸铵
PEG/硫酸钠
PEG/硫酸铵
PEG/硫酸铵
丙醇/NaCl
丙醇/硫酸铵
PEG/硫酸铵
PEG/硫酸铵
PEG/硫酸钠
PEG/硫酸铵
乙醇/硫酸铵
Cu(II)
La(III)
Cd(II)
Mo(VI)
W(VI)
Au(III)
Co(II)
Fe(III)、Al(III)
Bi(III)
Ir(III)
Hg(II)
Pd(II)
Fe(III)、Al(III)
La(III)、U(VI)
Eu(III)
Co(II)
La(III)、U(VI)、Ce(IV)
Ti(IV)
Ni(II)、Co(II)、Zn(II)
Pd(II)、U(VI)
Fe(III)、Cu(II)、Ni(II)、Co(II)
Fe(III)、Al(III)、Cu(II)
Ni(II)、Mo(VI)
Cu(II)、Co(II)、Cd(II)、Mn(II)
Cu(II)、Fe(III)、Ni(II)、Co(II)
Pt(II)、Pd(II)、Rh(III)
Fe(III)、Ni(II)、Co(II)、Mn(II)、Zn(II)
Co(II)、Mn(II)、Zn(II)、Fe(II)、Cd(II)
Co(II)、Zn(II)、Cd(II)
Co(II)
Cu(II)、Pd(II)
Cu(II)、Fe(III)、Ni(II)、Al(III)
由此可见，双水相体系在金属离子的萃取中的成功应用，为金属特别是稀有金属的分离纯化和回收开辟了一条新的途径。金属离子间的双水相萃取分离是在高聚物-盐-萃取剂中进行的，通过控制一定的条件，有的金属离子被定量萃取到高聚物相，有的金属离子不被萃取而留在下层水相，从而实现了某些混合金属离子之间的萃取分离。
3.3.4双水相萃取光度法测定金属离子的研究与应用
双水相萃取技术具有高回收率、选择性好、无需反萃取且具有富集浓缩待测样品的特点。分光光度法是测定金属离子常用的方法。因此，把双水相体系运用到光度分析中，建立一种新型的萃取光度法，使其分离、富集和测定一次完毕，可提高测定的灵敏性和选择性。
黄秀锦等[63]研究了以二甲酚橙作显色剂和萃取剂，在PEG2023与硫酸钠形成的双水相体系中锌(II)的显色反映条件及应用。结果表白：当 pH5.8缓冲液用量为 2.0mL，1g/L二甲酚橙溶液用量为1.0mL，30%PEG2023溶液用量为 10.0mL，硫酸钠固体用量为2.5g时，锌(II)与二甲酚橙的配合物被萃取到PEG相；配合物在PEG相中的最大吸取峰为535nm，表观摩尔吸光系数。ε=3.625xl04L/mol·cm，锌(Ⅱ)浓度在0.2~1.0μg/10mL范围内符合比耳定律；将该方法用于市售食盐中锌的测定，获得满意结果。
邓凡政等[64]研究了铬黑T锌(II)的配合物在聚乙二醇2023-硫酸钠双水相体系中的显色和萃取分离条件，建立了双水相萃取光度法测定发样中锌的新方法。结果表白：当pH9.0缓冲液用量为 5.0mL，0.4g/L铬黑T溶液用量为 1.0mL，30%PEG2023溶液用量为 10.0mL，硫酸钠固体用量为2.0g时，锌(Ⅱ)与铬黑T的配合物被萃取到PEG相；配合物在PEG相中的最大吸取峰为 550nm，其配合比为1：2，ε=5.14×l04L/mol·cm；表观摩尔吸光系数ε550 =4.97×104L/mol·cm，锌(Ⅱ)浓度在0.0~2.0mg/L范围内符合比耳定律；将该方法用于发样中痕量锌的测定，不同水平的平均回收率为95.9%~96.5%。此外，尚有很多学者研究其他离子的分析，或是研究新的萃取体系在金属离子分析中的应用。见表1.5。

表 5 双水相