十四烷基三甲基氯化銨/十二烷基苯磺酸鈉混合表面活性劑雙水相體系的萃取性能

周金生，周 莉＊，湯皎寧

（1.深圳大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，廣東 深圳518060；2.深圳大學(xué) 材料學(xué)院，深圳市特種功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 深圳518060）

十四烷基三甲基氯化銨/十二烷基苯磺酸鈉混合表面活性劑雙水相體系的萃取性能

周金生1，周 莉1＊，湯皎寧2

（1.深圳大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，廣東 深圳518060；2.深圳大學(xué) 材料學(xué)院，深圳市特種功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 深圳518060）

研究了十四烷基三甲基氯化銨（TTAC）與十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）混合表面活性劑水溶液雙水相體系的分相情況、萃取性能及兩相的微觀結(jié)構(gòu).結(jié)果表明，TTAC/SDBS混合表面活性劑水溶液在30℃下能夠形成穩(wěn)定的雙水相體系；該雙水相體系對亞甲基藍(lán)、靛紅都具有一定的萃取分離作用.其上、下兩相的微觀結(jié)構(gòu)明顯不同，這是其能夠形成穩(wěn)定雙水相體系且具有萃取作用的重要原因.

TTAC；SDBS；混合表面活性劑；雙水相體系；萃取性能

表面活性劑雙水相是指正、負(fù)離子表面活性劑混合水溶液在一定濃度及混合比范圍內(nèi)，自發(fā)分離形成的兩個(gè)互不相溶的水相.正、負(fù)離子混合表面活性劑雙水相系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)為生物活性物質(zhì)分離提供了一種新的雙水相系統(tǒng)[1].20世紀(jì)80年代中期KULA等人[2]首先將雙水相系統(tǒng)應(yīng)用于從細(xì)胞勻漿液中提取酶和蛋白質(zhì)，從而大大改善了胞內(nèi)酶的提取效率.HUSTEDT等人[3－4]又在工藝流程、操作參數(shù)、成本分析等方面對雙水相分配技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行了分析和嘗試.80年代中后期，KARLSTROM等人[5－6]，以Flory－Huggins理論為基礎(chǔ)，推導(dǎo)了系列雙水相系統(tǒng)的熱力學(xué)模型以及生物分子的分配模型.進(jìn)入90年代，世界各國的學(xué)者研究了一些新型雙水相系統(tǒng)，并且實(shí)現(xiàn)了雙水相分配與相關(guān)技術(shù)的有效集成化.目前，雙水相技術(shù)研究主要集中在廉價(jià)的、新型的雙水相體系的開發(fā)以及雙水相萃取技術(shù)應(yīng)用等方面[7－10].

作者研究了十四烷基三甲基氯化銨（TTAC）和十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）混合雙水相體系的分相情況及其對亞甲基藍(lán)和靛紅的萃取性能，通過對兩相的微觀結(jié)構(gòu)的分析，探討了形成穩(wěn)定雙水相體系及其具有萃取作用的原因.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

SDBS，特定級，廣東光華化學(xué)廠有限公司；TTAC，純度＞99.9%，上海生物工程有限公司；靛紅，BR，上海化學(xué)試劑采購供應(yīng)站經(jīng)銷社.UV－2501PC分光光度計(jì)，光尼柯儀器有限公司；303A－00型數(shù)顯臺式培養(yǎng)箱，上海浦東榮豐科學(xué)儀器有限公司 ；MS－1minishaker振蕩儀，馬來西亞IKA公司；LGJ－10冷凍干燥機(jī)，寧波新芝生物科技股份有限公司；S－3400N（II）型掃描電子顯微鏡，日本日立公司.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

分別配制濃度為0.05、0.10、0.20mol/L的TTAC和SDBS的水溶液.按不同比例混合得總濃度為0.05、0.10、0.20mol/L的混合離子表面活性劑溶液，搖勻后用 MS－1minishaker振蕩儀振蕩攪拌5min，恒溫下靜置72h，觀察分相情況，并繪制三相圖.對分相后體系上下相分別凍干后，用掃描電鏡觀察其微觀結(jié)構(gòu).在體系中分別添加亞甲基藍(lán)和靛紅，分離后用UV－2501PC分光光度計(jì)分別在664.5nm、605.5nm處測定吸光度，計(jì)算濃度，用時(shí)間－濃度曲線和分配系數(shù)表示萃取效果.

2 結(jié)果與討論

2.1 TTAC/SDBS混合雙水相體系分相區(qū)域

圖1為在30℃下，TTAC/SDBS混合雙水相體系的三元相圖.由圖1可以得出此雙水相體系分相規(guī)律為：隨著表面活性劑濃度的增大，其分相區(qū)域變得越來越寬.

圖1 TTAC/SDBS/H2O體系在30℃下的三元相圖Fig.1 The phase diagram of TTAC/SDBS/H2O system at 30℃

2.2 TTAC/SDBS混合雙水相體系的萃取性能

選取30℃，表面活性劑總濃度0.20mol/L，配比n（TTAC）∶n（SDBS）＝1∶1.4的雙水相體系作為萃取體系分別對亞甲基藍(lán)、靛紅進(jìn)行萃取.圖2為亞甲基藍(lán)的萃取時(shí)間－濃度曲線，圖3為靛紅的萃取時(shí)間－濃度曲線.表1為不同溫度下各物質(zhì)的萃取分配系數(shù).

圖2 亞甲基藍(lán)雙水相萃取時(shí)間－濃度曲線Fig.2 The extraction time－concentration curve of the methylene blue in two－phase

圖3 靛紅的雙水相萃取時(shí)間－濃度曲線Fig.3 The extraction time－concentration curve of the isatin in two－phase

圖2、圖3表明：本體系萃取亞甲基藍(lán)時(shí)，上相濃度大于下相，隨著萃取時(shí)間的增加，亞甲基藍(lán)在上相的濃度不斷加大，約9h達(dá)到平衡.而萃取靛紅時(shí)，下相濃度大于上相，隨著萃取時(shí)間的增加下相濃度先減小再增加，約9h達(dá)到平衡.由表1可以看出，體系對亞甲基藍(lán)的萃取效果好于靛紅.

出現(xiàn)上述情況主要是體系的性質(zhì)決定的.本體系的上相為富含表面活性劑的呈現(xiàn)絮凝膠團(tuán)狀的溶液，極性較小，而下相為低表面活性劑濃度的水溶液，極性較大.根據(jù)相似相溶原理，亞甲基藍(lán)極性較小因而比較容易在上相富集，而靛紅極性較大因而容易在下相富集.此外，亞甲基藍(lán)（C16H18ClN3S，373.9）的相對分子質(zhì)量較靛紅（C16H8N2Na2O8S2，466.36）小，比較容易在富含表面活性劑的上相穩(wěn)定存在.所以不同物質(zhì)在上、下兩相分配不同，其本質(zhì)是上、下相結(jié)構(gòu)不同.這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過對上、下相的掃描電鏡微觀結(jié)構(gòu)分析得到了進(jìn)一步證實(shí).

表1 各物質(zhì)的萃取分配系數(shù)Table 1 Extract－distribution coefficient of the materials

2.3 TTAC/SDBS混合雙水相體系的微觀結(jié)構(gòu)

圖4、圖5分別為30℃，表面活性劑總濃度為0.20mol/L，配比n（TTAC）∶n（SDBS）＝1∶1.4的雙水相體系上下相的掃描電鏡圖.圖6、圖7分別為30℃，表面活性劑總濃度0.20mol/L，配比n（TTAC）∶n（SDBS）＝1∶1.4的雙水相體系萃取亞甲基藍(lán)后的上下相的掃描電鏡圖.

圖4 純上相的掃描電子顯微鏡照片F(xiàn)ig.4 The SEM photograph of the upper phase

圖5 純下相的掃描電子顯微鏡照片F(xiàn)ig.5 The SEM photograph of the bottom phase

圖6 含亞甲基藍(lán)上相的掃描電子顯微鏡照片F(xiàn)ig.6 The SEM photograph of the upper phase with methylene blue

圖7 含亞甲基藍(lán)下相的掃描電子顯微鏡照片F(xiàn)ig.7 The SEM photograph of the bottom phase with methylene blue

圖4中純上相為雜亂無章的小塊狀和絮狀膠團(tuán)，圖5中純下相主要是以顆粒狀的晶體存在，這表明上相為表面活性劑的絮狀膠團(tuán)溶液，下相是表面活性劑的稀溶液.圖6為萃取了亞甲基藍(lán)后的上相物質(zhì)，仍然為絮狀膠團(tuán)物質(zhì)，但與圖4相比呈現(xiàn)較為有序的狀態(tài).這可能是由于亞甲基藍(lán)分子帶有正電荷，其滲透到三維網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)中改變了原有的結(jié)構(gòu)排列.圖7為萃取了亞甲基藍(lán)后的下相，主要以顆粒狀的晶體存在，這與圖6形狀相似，但尺寸增大，這表明亞甲基藍(lán)在下相中含量較少，主要是均勻地附著在表面活性劑膠束上，對其結(jié)構(gòu)形態(tài)影響不大.綜上所述，上相與下相的結(jié)構(gòu)不同，這是其能夠形成穩(wěn)定雙水相體系及其具有萃取作用的重要原因.BLANKSTEIN等[11]認(rèn)為表面活性劑混合溶液形成雙水相體系的機(jī)理，是表面活性劑混合溶液中不同結(jié)構(gòu)和組成的膠束平衡共存的結(jié)果.這與本論文得出的結(jié)果一致.

3 結(jié)論

TTAC與SDBS混合表面活性劑水溶液能夠形成穩(wěn)定的雙水相體系.隨著表面活性劑濃度的增加，分相區(qū)域也會增大.TTAC/SDBS混合表面活性劑雙水相體系的上相富含表面活性劑，為絮凝膠團(tuán)溶液，下相為低濃度表面活性劑的水溶液或乳濁液.TTAC/SDBS混合表面活性劑雙水相體系對亞甲基藍(lán)、靛紅都具有一定的萃取作用，對亞甲基藍(lán)的萃取效果較好.微觀結(jié)構(gòu)分析表明，上、下相結(jié)構(gòu)存在明顯的不同，這是其能夠形成穩(wěn)定雙水相體系及其具有萃取作用的重要原因.

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Extraction performance of two－phase aqueous system of mixed surfactants sodium dodecyl benzene sulfonate and tetradecyl trimethyl ammonium chloride

ZHOU Jin－sheng1，ZHOU Li1＊，TANG Jiao－ning2

（1.SchoolofChemistryandChemicalEngineering，ShenzhenUniversity，Shenzhen518060，Guangdong，China；2.ShenzhenKeyLaboratoryofSpecialFunctionalMaterials，CollegeofMaterialsScienceandEngineering，ShenzhenUniversity，Shenzhen518060，Guangdong，China）

The phase region，extraction performance and microstructure of two－phase aqueous system of mixtures of sodium dodecyl benzene sulfonate（SDBS）and tetradecyl trimethyl ammonium chloride（TTAC）were researched.Results show that the mixed aqueous solution of SDBA and TTAC forms stable two－phase regions at 30℃.Resultant two－phase aqueous system can extract and separate methylene blue and isatin at 30℃to a certain degree.This is because the upper and lower phases of the two－phase aqueous system have much different microstructure，allowing the formation of stable two－phase aqueous system with a certain degree of extraction and separation performance.

TTAC；SDBS；mixed surfactant；two－phase aqueous system；extraction performance

O 647

A

1008－1011（2012）01－0014－04

2011－07－01.

周金生（1986－），男，碩士生，研究方向：應(yīng)用化學(xué).＊

，E－mail：zhoulili＠szu.edu.cn.