定量體積排除色譜測(cè)定高分子雙水相系統(tǒng)的組成和分子量分布

趙梓良, 李　琦, 薛彥虎, 姬相玲, 薄淑琴, 劉勇剛

(1. 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所, 高分子物理與化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 長(zhǎng)春 130022;

2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049)

?

定量體積排除色譜測(cè)定高分子雙水相系統(tǒng)的組成和分子量分布

趙梓良1,2, 李琦1, 薛彥虎1, 姬相玲1, 薄淑琴1, 劉勇剛1

(1. 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所, 高分子物理與化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 長(zhǎng)春 130022;

2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049)

摘要利用定量體積排除色譜研究葡聚糖-聚乙二醇雙水相系統(tǒng)相分離后上下兩相中2種高分子組分的含量、分子量和分子量分布. 由定量體積排除色譜法得到的兩相組成(即系線端點(diǎn))與用濁點(diǎn)滴定法得到的濁點(diǎn)曲線幾乎完全重合, 二者僅在靠近臨界點(diǎn)的聚乙二醇富集相有一定偏差. 同時(shí), 利用體積排除色譜測(cè)得兩相中葡聚糖和聚乙二醇的分子量和分子量分布. 結(jié)果表明, 由系線端點(diǎn)得到的體系兩相共存線與濁點(diǎn)曲線的偏差是由于相分離過(guò)程中, 不同分子量的高分子組分在兩相的非均勻分配造成的. 聚乙二醇分子量分布較窄, 發(fā)生相分離后, 在兩相的分子量和分子量分布相差不大. 而葡聚糖分子量分布較寬, 在相分離后兩相中的分子量和分子量分布具有較大差異, 即葡聚糖組分在葡聚糖富集相中的分子量顯著高于其在聚乙二醇富集相中的分子量. 隨著葡聚糖-聚乙二醇體系初始濃度的增加, 兩相中葡聚糖的分子量差異變大. 定量體積排除色譜可以準(zhǔn)確得到高分子雙水相系統(tǒng)的相平衡數(shù)據(jù)及兩相中2組分的分子量和分子量分布信息, 其結(jié)果不僅為深入理解葡聚糖-聚乙二醇-水三元溶液的相平衡提供基礎(chǔ), 而且為雙水相系統(tǒng)在萃取分離中的應(yīng)用提供理論指導(dǎo).

關(guān)鍵詞體積排除色譜; 雙水相系統(tǒng); 相分離; 葡聚糖; 聚乙二醇

劉勇剛, 男, 博士, 副研究員, 主要從事高分子溶液和生物膜物理研究. E-mail: yonggang@ciac.ac.cn

當(dāng)一種水溶性高分子與另一種高分子或鹽的混合水溶液的濃度超過(guò)某一臨界值時(shí), 會(huì)由均相溶液自發(fā)形成互不相溶的兩相體系, 即雙水相系統(tǒng)[1]. 與水-有機(jī)溶劑體系相比, 由2種高分子(如葡聚糖與聚乙二醇)組成的雙水相系統(tǒng)具有溫和的水環(huán)境、極低的界面張力及不破壞蛋白質(zhì)的生物活性等特性, 因此被廣泛用于各種生物樣品(如蛋白質(zhì)、酶、核酸和病毒等)的萃取分離和純化[2]. 被分離物質(zhì)在兩相中的分配系數(shù)不僅取決于其本身的物理化學(xué)性質(zhì), 而且與體系的相平衡密切相關(guān). 因此研究高分子雙水相系統(tǒng)的相分離參數(shù), 建立其與樣品分離效率的關(guān)系, 對(duì)于高分子雙水相系統(tǒng)在萃取分離中的應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義. 同時(shí)也將為理解高分子-高分子-水三元溶液的相平衡提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ).

濁點(diǎn)曲線、兩相共存線、相分離臨界點(diǎn)是描述相分離高分子溶液相圖的常用參數(shù)[3,4]. 對(duì)于分子量分布較窄的高分子樣品, 由濁點(diǎn)滴定法得到的濁點(diǎn)曲線是體系的兩相共存線的很好近似(單分散高分子樣品的濁點(diǎn)曲線與兩相共存線重合). 位于兩相區(qū)的高分子混合溶液, 相分離后的上下兩相具有不同的組成和密度. 在無(wú)限接近相分離臨界點(diǎn)處, 兩相具有非常相似的組成和密度, 因此可用等體積法來(lái)確定體系的臨界點(diǎn)[4]. 在相圖上連接兩相組成的直線稱為系線, 可以由多種方法得到. 對(duì)于高分子雙水相系統(tǒng), 通常需要同時(shí)測(cè)定兩相的2個(gè)物理量如折光指數(shù)和旋光度[5], 利用這2個(gè)物理量與2種高分子組成之間的不同線性關(guān)系推算出兩相的組成. 測(cè)定兩相的傅里葉紅外光譜或激光共聚焦拉曼光譜, 利用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法也可得到雙水相系統(tǒng)的組成[6,7], 但實(shí)驗(yàn)耗時(shí)較長(zhǎng)且誤差較大. 最近, 我們提出僅用兩相密度推算其高分子組成的方法, 可以快速得到體系的系線[8]. 密度法假定系線端點(diǎn)與濁點(diǎn)曲線重合, 但這一點(diǎn)并非總能滿足, 尤其對(duì)于具有較寬分子量分布的準(zhǔn)三元體系[9]. 值得指出的是, 上述方法都只能得到兩相中2種高分子的含量, 而無(wú)法提供不同分子量的高分子組分在兩相的分配信息. 體積排除色譜法利用高分子保留峰面積與進(jìn)樣量之間的定量關(guān)系, 可以得到相分離兩相中2種高分子組分的含量[10], 同時(shí), 還可以給出兩相中2種高分子的分子量及分子量分布, 有助于深入理解雙水相系統(tǒng)的相平衡規(guī)律.

本文利用定量體積排除色譜法測(cè)定了一系列不同初始濃度的葡聚糖-聚乙二醇雙水相系統(tǒng)相分離后兩相的物質(zhì)組成和2種高分子組分的分子量及分子量分布. 將體系系線與濁點(diǎn)滴定法得到的濁點(diǎn)曲線進(jìn)行對(duì)比, 討論了二者存在差異的原因.

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1試劑與儀器

來(lái)源于腸系膜明串珠菌的葡聚糖(分子量為4×105～5×105)和聚乙二醇(分子量為8×103)購(gòu)自Sigma-Aldrich公司, 使用前采用真空除水至恒重. 聚乙二醇(PEG)和聚氧化乙烯(PEO)標(biāo)樣均購(gòu)自英國(guó)Polymer Laboratories公司. 其它試劑均為分析純. 所有溶液均由Sartorious水凈化系統(tǒng)制備的超純水(電阻率為18.2 MΩ·cm)配制.

體積排除色譜(SEC)系統(tǒng)由美國(guó)Waters公司的515型往復(fù)泵、717plus型自動(dòng)進(jìn)樣器和2414型示差檢測(cè)器組成, 其中色譜柱為英國(guó)Polymer Laboratories公司的1根PL aquagel-OH 8 μm保護(hù)柱(50×7.5 mm)和2根PL aquagel-OH MIXED-H 8μm色譜柱(300×7.5 mm)組成. 流動(dòng)相為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%的疊氮化鈉水溶液, 并經(jīng)0.22 μm濾膜過(guò)濾, 測(cè)試時(shí)流動(dòng)相流速為1.0 mL/min. 高分子溶液進(jìn)樣前經(jīng)0.45 μm濾膜過(guò)濾, 進(jìn)樣量為100 μL. 溶液密度用奧地利Anton Paar公司的DMA4500型密度計(jì)測(cè)定.

1.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.2.1高分子溶液的相分離利用濁點(diǎn)滴定法獲取高分子雙水相系統(tǒng)在(25±1) ℃下的濁點(diǎn)曲線和相分離臨界點(diǎn)[5,8]. 首先分別配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～20%的葡聚糖和聚乙二醇母液. 向10 mL樣品瓶中加入其中一種高分子母液, 并用超純水稀釋至合適濃度后, 逐滴加入另一種高分子母液, 混合均勻后將溶液靜置片刻, 用肉眼判斷是否出現(xiàn)渾濁. 溶液滴加與混合交替進(jìn)行, 直至溶液剛好出現(xiàn)渾濁并無(wú)法恢復(fù)至澄清狀態(tài), 計(jì)算滴定終點(diǎn)2種高分子組分的含量, 從而得到葡聚糖-聚乙二醇雙水相系統(tǒng)的濁點(diǎn)曲線. 在體系的相分離臨界點(diǎn), 上下兩相具有幾乎相同的組成和體積. 在可密閉的10 mL量筒中, 使用2種高分子母液配制初始濃度在兩相區(qū)且具有不同葡聚糖與聚乙二醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)比wd/wp的高分子混合溶液, 向體系中分次加入適量水并混合均勻, 記錄每次重新相分離后上下兩相的體積, 直至體系最終變?yōu)槌吻? 找到趨近濁點(diǎn)曲線且相分離后得到的兩相具有相等體積所對(duì)應(yīng)的初始高分子組成, 即為體系的相分離臨界點(diǎn). 用分液漏斗配置與相分離臨界點(diǎn)具有相同高分子質(zhì)量分?jǐn)?shù)比、且溶液初始濃度超過(guò)相分離臨界點(diǎn)的一系列葡聚糖-聚乙二醇混合溶液, 在(25±1) ℃下放置數(shù)天至體系完全相分離, 分別取出相分離后的上下兩相, 用于密度及體積排除色譜測(cè)試.

1.2.2體積排除色譜體積排除色譜的示差檢測(cè)器常數(shù)用已知濃度的氯化鈉溶液標(biāo)定. 分別配制一系列濃度為0.1～10 mg/mL的葡聚糖與聚乙二醇的標(biāo)準(zhǔn)溶液, 用于體積排除色譜測(cè)試, 建立葡聚糖和聚乙二醇的色譜峰面積與進(jìn)樣量之間的定量關(guān)系.

葡聚糖-聚乙二醇體系相分離得到的葡聚糖富集相和聚乙二醇富集相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)0.1或更高, 需要稀釋10～100倍方可用于體積排除色譜測(cè)試. 從每個(gè)組分色譜峰的面積可計(jì)算出相應(yīng)的高分子組分濃度. 由相分離得到的葡聚糖富集相和聚乙二醇富集相的高分子組分含量可以由稀釋比計(jì)算得到, 由此得到某一初始高分子濃度時(shí)葡聚糖-聚乙二醇體系的系線. 相圖上的高分子濃度以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示, 而體積排除色譜中的高分子濃度用質(zhì)量體積濃度表示, 兩者通過(guò)測(cè)得的高分子溶液密度進(jìn)行換算.

測(cè)定一系列不同分子量的窄分布PEG/PEO標(biāo)樣的峰值保留體積, 建立PEG/PEO分子量與保留體積之間的校準(zhǔn)曲線, 計(jì)算得到聚乙二醇的分子量和分子量分布. 而葡聚糖的分子量和分子量分布需要利用普適校準(zhǔn)方可得到[11～13]. 普適校準(zhǔn)得到的葡聚糖分子量校準(zhǔn)曲線經(jīng)體積排除色譜與激光光散射檢測(cè)器聯(lián)用的結(jié)果驗(yàn)證.

2結(jié)果與討論

2.1濁點(diǎn)曲線和臨界點(diǎn)

Fig.1　Cloud point curve of the aqueous solution of dextran and PEG at (25±1) ℃ obtained by titration The homogeneous solution in the left vial has a composition in the one-phase region, the right one shows phase separation in the two-phase region. Au nanoparticles are dispersed in water and added to the mixed solution to enhance the color contrast.

通過(guò)濁點(diǎn)滴定法可以得到葡聚糖-聚乙二醇雙水相系統(tǒng)的相圖, 如圖1所示. 濁點(diǎn)曲線將體系分為2個(gè)區(qū)域, 曲線下方為一相區(qū)(如圖1插圖中左側(cè)樣品瓶中溶液所示), 曲線上方為兩相區(qū)(如圖1插圖中右側(cè)樣品瓶中溶液所示). 圖2(A)給出了具有不同葡聚糖與聚乙二醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)比(wd/wp)的高分子混合溶液, 在稀釋過(guò)程中體系相分離后葡聚糖富集相的體積分?jǐn)?shù)φd隨與濁點(diǎn)曲線歸一化距離w/wcl-1的變化關(guān)系. 在非常接近濁點(diǎn)曲線的兩相區(qū), 葡聚糖富集相的體積分?jǐn)?shù)φd隨著wd/wp的增加而單調(diào)增大, 與φd=0.5對(duì)應(yīng)的wd/wp為1.23[圖2(B)]. 固定此高分子比例在濁點(diǎn)曲線附近研究一系列不同濃度葡聚糖-聚乙二醇混合溶液的相行為, 確定體系相分離的臨界點(diǎn)wcr=0.0811± 0.0002, 在相圖上為(wd,cr,wp,cr)=(0.0447, 0.0364). 這一結(jié)果與之前對(duì)這一體系得到的結(jié)果非常接近[8], 相圖的細(xì)微差別是由于不同批次的高分子樣品在分子量和分子量分布上的差異造成的[14].

Fig.2　Volume fraction(φd) of the dextran-rich phase as a function of the normalized distance from the cloud point(w/wcl-1) for polymer solutions of different mass ratios(wd/wp) between dextran and PEG(A) and dependence of the volume fraction φd on the mass ratio wd/wp at w/wcl=1.01(B)

2.2定量體積排除色譜法測(cè)定雙水相系統(tǒng)的系線

(1)式中: kRI為示差檢測(cè)儀器常數(shù);dn/dc為折光指數(shù)增量; Vinj為進(jìn)樣體積.

Fig.3　Dependence of the RI peak area(ARI) as a function of polymer concentration(cinj) of the solutions injected into the SEC columns for dextran(a) and PEG(b)

圖3給出了葡聚糖和聚乙二醇溶液的示差檢測(cè)響應(yīng)峰面積ARI與進(jìn)樣濃度cinj之間的關(guān)系. 可以看出, 在測(cè)試的進(jìn)樣濃度(0.1～10 mg/mL)范圍內(nèi), 2種高分子樣品的峰面積與進(jìn)樣濃度之間呈良好的線性關(guān)系. 從擬合得到的直線斜率可以計(jì)算出葡聚糖和聚乙二醇在水中的折光指數(shù)增量, 分別為0.149和0.136 mL/g, 與文獻(xiàn)[17]報(bào)道的數(shù)值一致, 表明葡聚糖和聚乙二醇樣品都從色譜柱中完全淋洗出來(lái).

利用圖3建立的樣品峰面積與進(jìn)樣濃度之間的校準(zhǔn)關(guān)系, 測(cè)定未知濃度樣品的體積排除色譜譜圖, 即可計(jì)算出待測(cè)樣品中的高分子含量. 具有不同初始濃度的葡聚糖-聚乙二醇體系相分離后得到的葡聚糖富集相和聚乙二醇富集相, 用水稀釋后進(jìn)行體積排除色譜實(shí)驗(yàn), 從而得到兩相中的葡聚糖和聚乙二醇組分的含量. 高分子的初始濃度用與臨界點(diǎn)的歸一化距離ε≡c/ccr-1表示, 其中c≡wρ,ρ是高分子溶液的密度, 高分子溶液在臨界點(diǎn)的濃度ccr=0.0828 g/mL. 本文中,wd/wp= 1.23,c= 0.0836～0.381 g/mL,ε= 0.01～3.6.

Fig.4　SEC chromatograms of the coexisting dextran-rich(A) and PEG-rich phases(B) at 　ε= 0.030(a), 0.200(b), 0.982(c) and 2.087(d) with wd/wp=1.23

Fig.5　Phase diagram of the ternary dextran-　PEG-water systemThe cloud point curve(same data as in Fig.1) is shown as a solid curve. The compositions of the initial solutions(with mass ratio wd/wp=1.23) for which SEC measurements after phase separation are performed are indicated by black crosses. The end points of the respective tie lines(dashed lines) consist of red crosses indicating the compositions of the dextran-rich phases and green crosses indicating the compositions of the PEG-rich phases. The midpoints(blue circles) of the tie lines were extrapolated to determine the critical point.

圖4分別給出了初始高分子歸一化濃度ε= 0.030, 0.200, 0.982, 2.087的葡聚糖-聚乙二醇混合溶液相分離后得到的葡聚糖富集相和聚乙二醇富集相用水稀釋后樣品的體積排除色譜圖. 可以看到, 在距離臨界點(diǎn)較近時(shí), 在葡聚糖富集相和聚乙二醇富集相都包含2個(gè)峰, 與其中葡聚糖和聚乙二醇組分相對(duì)應(yīng). 從每個(gè)組分色譜峰的面積即可計(jì)算出相應(yīng)高分子組分的濃度. 隨著初始高分子溶液濃度的增加, 在葡聚糖富集相中葡聚糖含量越來(lái)越多, 而聚乙二醇含量越來(lái)越少; 與此同時(shí), 在聚乙二醇富集相中聚乙二醇含量增加, 而葡聚糖含量降低. 在距離臨界點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)(ε>1), 2種高分子在各自貧相中的含量趨近于0.

用定量體積排除色譜方法最終得到的葡聚糖富集相和聚乙二醇富集相的組分含量(即系線的2個(gè)端點(diǎn))如圖5所示. 初始高分子溶液的組成以及濁點(diǎn)曲線也同時(shí)給出. 除了在靠近臨界點(diǎn)的聚乙二醇富集相有少許偏差外(這是由于高分子在兩相的分子量分級(jí)造成的), 系線端點(diǎn)與濁點(diǎn)曲線幾乎完全重合. 各個(gè)不同初始濃度的高分子溶液組成在相圖上都位于相應(yīng)的系線上, 證明了所得結(jié)果的準(zhǔn)確性. 此外, 從葡聚糖富集相和聚乙二醇富集相的密度推算出高分子組分的含量[8]也與圖5的數(shù)據(jù)幾乎完全一致. 用密度法測(cè)定高分子雙水相系統(tǒng)的系線簡(jiǎn)便易行, 但是需要假定系線端點(diǎn)與濁點(diǎn)曲線重合. 對(duì)于分子量分布較寬的體系, 兩者可能不能完全重合, 得到的系線會(huì)有偏差[9]. 而定量體積排除色譜法雖然耗時(shí)較多, 但是無(wú)需濁點(diǎn)曲線的輔助, 即可獨(dú)立得到精確的系線數(shù)據(jù), 可為研究相分離機(jī)理提供可靠數(shù)據(jù). 必須指出的是, 利用僅配備示差檢測(cè)器的體積排除色譜測(cè)定高分子雙水相系統(tǒng)的系線, 2種高分子組分必須有較大的尺寸差別, 才能在體積排除色譜譜圖上分離. 如果2種高分子組分在譜圖上有較大的重疊, 必須配備2個(gè)濃度檢測(cè)器(如示差檢測(cè)器和旋光度檢測(cè)器, 對(duì)2種高分子有不同響應(yīng)常數(shù)), 才能使譜圖上2個(gè)高分子組分的貢獻(xiàn)分離, 方可確定其含量[18～20].

值得指出的是, 體系的相分離臨界點(diǎn)也可由圖5中各條系線的中點(diǎn)外推到與濁點(diǎn)曲線的交點(diǎn)得到, 與前述由等體積法得到的結(jié)果一致.

2.3高分子組分的分子量及分子量分布

定量體積排除色譜法除了能給出高分子各組分含量外, 利用建立的葡聚糖和聚乙二醇的分子量校準(zhǔn)曲線, 還可以獲得2種高分子組分的分子量和分子量分布. 表1和表2列出了葡聚糖和聚乙二醇在兩相中的重均分子量Mw、數(shù)均分子量Mn和分子量分布寬度指數(shù)Mw/Mn.

由表1可以看出, 葡聚糖原樣具有較高的分子量和較寬的分子量分布:Mw=380000,Mw/Mn=2.19. 葡聚糖在相分離后得到兩相中的分子量和分子量分布差異很大. 對(duì)于離臨界點(diǎn)最近的相分離兩相(歸一化高分子濃度ε=0.01), 在葡聚糖富集相中的葡聚糖組分的Mw=454000,Mw/Mn=2.35, 而在聚乙二醇富集相中的葡聚糖組分的Mw=249000,Mw/Mn=1.63. 與原樣相比, 前者的平均分子量較高, 分子量分布略寬; 而后者的平均分子量較低, 分子量分布較窄. 這是因?yàn)橄喾蛛x后高分子量的葡聚糖更加傾向于留在葡聚糖富集相中, 而低分子量的葡聚糖更易進(jìn)入聚乙二醇富集相中. 換言之, 葡聚糖-聚乙二醇雙水相系統(tǒng)在相分離時(shí), 分子量分布較寬的葡聚糖會(huì)發(fā)生分子量分級(jí)現(xiàn)象, 與高分子相分離的Flory-Huggins平均場(chǎng)理論的預(yù)測(cè)結(jié)果一致[3,4]. 隨著初始高分子溶液濃度的增大, 葡聚糖分子量分級(jí)的效果愈加顯著, 導(dǎo)致聚乙二醇富集相中葡聚糖組分的含量越來(lái)越少(圖5), 分子量越來(lái)越小(表1). 在ε=0.73時(shí), 聚乙二醇富集相中葡聚糖的Mw已經(jīng)低至82000. 而在初始高分子濃度更高(ε>0.73)時(shí), 聚乙二醇富集相中的葡聚糖含量很少, 幾乎難以檢測(cè)出來(lái). 隨著初始高分子溶液濃度的增大, 在葡聚糖富集相中的葡聚糖組分的分子量和分子量分布逐漸趨向于與原樣一致, 這是因?yàn)榇藭r(shí)絕大多數(shù)的葡聚糖都留在葡聚糖富集相中. 由表2可以看出, 聚乙二醇原樣的分子量較低, 分子量分布較窄:Mw=8450,Mw/Mn=1.11. 聚乙二醇在相分離得到兩相中的分子量和分子量分布相差不大, 且與原樣的分子量和分子量分布都很接近. Tromp等[18～20]的研究結(jié)果表明, 2種寬分子量分布的高分子組成的雙水相系統(tǒng)在相分離時(shí), 2種高分子都會(huì)有一定的分子量分級(jí). 我們沒有觀察到聚乙二醇在兩相有明顯的分子量分級(jí), 是由于其較窄的分子量分布.

Table 1　Molecular weight of dextran in dextran-rich and PEG-rich phases

Table 2　Molecular weight of PEG in dextran-rich and PEG-rich phases

在靠近臨界點(diǎn)的聚乙二醇富集相, 與濁點(diǎn)曲線相比, 系線端點(diǎn)明顯向高濃度區(qū)域偏離. 這是因?yàn)榫垡叶几患嘀械钠暇厶墙M分分子量較原樣低很多, 與分子量較高的原樣相比, 相分離必須發(fā)生在高分子濃度較高的區(qū)域. 與此類似的是, 在靠近臨界點(diǎn)的葡聚糖富集相中的葡聚糖組分分子量較原樣高, 與分子量較低的原樣相比, 只需要較低的高分子濃度就可以發(fā)生相分離. 不過(guò)因?yàn)槠暇厶歉患嘀衅暇厶墙M分的分子量與原樣相差不大, 所以在相圖上并沒有明顯表現(xiàn)出來(lái).

3結(jié)論

利用定量體積排除色譜法測(cè)定了由具有較寬分子量分布的葡聚糖和較窄分布的聚乙二醇組成的雙水相系統(tǒng)的組成和分子量. 由定量體積排除色譜法測(cè)得的兩相共存線與用濁點(diǎn)滴定法得到的濁點(diǎn)曲線幾乎完全重合, 二者僅在靠近臨界點(diǎn)的聚乙二醇富集相有一定偏差. 這是由于在相分離過(guò)程中不同分子量的高分子組分在兩相的非均勻分配造成的. 窄分布的聚乙二醇在兩相的分子量和分子量分布相差不大. 而寬分布的葡聚糖在兩相中的分子量和分子量分布具有較大差異, 即葡聚糖組分在葡聚糖富集相中的分子量顯著高于其在聚乙二醇富集相中的分子量. 隨著葡聚糖-聚乙二醇體系濃度的增加, 兩相中葡聚糖的分子量差異變大.

參考文獻(xiàn)

[1]Albertsson P. ?.,PartitionofCellParticlesandMacromolecules:SeparationandPurificationofBiomolecules,CellOrganelles,Membranes,andCellsinAqueousPolymerTwo-phaseSystemsandTheirUseinBiochemicalAnalysisandBiotechnology, 3rdEd., Wiley, New York, 1986

[2]Walter H., Brooks D. E., Fisher D.,PartitioninginAqueousTwo-phaseSystems:Theory,Methods,Uses,andApplicationstoBiotechnology, Academic Press, Orlando, 1985

[3]Flory P. J.,PrinciplesofPolymerChemistry, Cornell University Press, Ithaca, 1953

[4]Koningsveld R., Stockmayer W. H., Nies E.,PolymerPhaseDiagrams, Oxford University Press, New York, 2001

[5]Hatti-Kaul R.,MethodsinBiotechnology,Vol. 11,AqueousTwo-phaseSystems:MethodsandProtocols, Humana Press, Totowa, 2000

[6]Pudney P. D. A., Hancewicz T. M., Cunningham D. G., Gray C.,FoodHydrocolloids, 2003, 17, 345—353

[7]Loret C., Schumm S., Pudney P. D. A., Frith W. J., Fryer P. J.,FoodHydrocolloids, 2005, 19, 557—565

[8]Liu Y. G., Lipowsky R., Dimova R.,Langmuir, 2012, 28, 3831—3839

[9]Kang C. H., Sandler S. I.,Macromolecules, 1988, 21, 3088—3095

[10]Connemann M., Gaube J., Leffrang U., Muller S., Pfennig A.,J.Chem.Eng.Data, 1991, 36, 446—448

[11]Bailey F. E., Kucera J. L., ImhofL. G.,J.Polym.Sci., 1958, 32, 517—518

[12]Senti F. R., Hellman N. N., Ludwig N. H., Babcock G. E., Tobin R., Glass C. A., Lamberts B. L.J.Polym.Sci., 1955, 17, 527—546

[13]Ioan C. E., Aberle T., Burchard W.,Macromolecules, 2000, 33, 5730—5739

[14]Helfrich M. R., Mangeney-Slavin L. K., Long M. S., Djoko Y., Keating C. D.,J.Am.Chem.Soc., 2002, 124, 13374—13375

[15]Yan X. H., Cheng R. S.,ActaPolymericaSinica, 1989, (6), 647—654(嚴(yán)曉虎, 程镕時(shí). 高分子學(xué)報(bào), 1989, (6), 647—654)

[16]Liu C. G., Xie H. F., Zheng Y., Cheng R. S.,ActaPolymericaSinica, 2008, (11), 1031—1036(劉承果, 謝鴻峰, 鄭云, 程镕時(shí). 高分子學(xué)報(bào), 2008, (11), 1031—1036)

[17]Michielsen S.,InPolymerHandbook, Ed.: Brandrup J., Immergut E. H., Grulke E. A., Abe A., Bloch D. R., John Wiley & Sons, New York, 2003

[18]van Heukelum A., Barkema G. T., Edelman M. W., van der Linden E., Hoog E. H. A., Tromp R. H.,Macromolecules, 2003, 36, 6662—6667

[19]Edelman M. W., van der Linden E., Tromp R. H.,Macromolecules, 2003, 36, 7783—7790

[20]Edelman M. W., Tromp R. H., van der Linden E.,Phys.Rev.E, 2003, 67, 021404

Composition and Molecular Weight Determination of Aqueous Two-phase

System by Quantitative Size Exclusion Chromatography?

ZHAO Ziliang1,2, LI Qi1, XUE Yanhu1, JI Xiangling1*, BO Shuqin1, LIU Yonggang1*

(1.StateKeyLaboratoryofPolymerPhysicsandChemistry,ChangchunInstituteofAppliedChemistry,

ChineseAcademyofSciences,Changchun130022,China;

2.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)

AbstractQuantitative size exclusion chromatography(SEC) was exploited to study the composition, molecular weight and molecular weight distribution of aqueous two-phase system of dextran and poly(ethylene glycol)(PEG) following phase separation. Tie lines constructed by SEC method were compared with the cloud point curve of the system obtained by titration. An excellent agreement was found between the tie line end points and the cloud point, except for the data points of the PEG-rich phases close to the critical point. The molecular weight and molecular weight distribution of the two polymer species in two co-existing phases obtained by SEC indicate that the mismatch is caused by the uneven distribution of macromolecular components between two phases upon phase separation. Having a broad molecular weight distribution, dextran in the two phases show prominent molecular mass difference. The molecular weight of dextran in the dextran-rich phase is significantly higher than that in the PEG-rich phase. As the initial polymer concentration of the system increases, the molecular weight difference of dextran in the two phases becomes more significant. However, we have not observed such a trend for PEG because of its narrow molecular weight distribution. Accurate data on the phase diagram and molecular weight of two polymer components in the co-existing phases can be obtained using quantitative SEC. The above results will not only help to understand the phase diagram of dextran-PEG-water ternary system, but also provide guidance to its application in extraction and separation of biological materials.

KeywordsSize exclusion chromatography; Aqueous two-phase system; Phase separation; Dextran; Poly(ethylene glycol)

(Ed.: D, Z)

? Supported by the National Natural Science Foundation of China(No.21274147), the Natural Science Foundation of Jilin Province, China(No.201215093) and the Partner Group Program of the Max Planck Society and the Chinese Academy of Sciences.

doi:10.7503/cjcu20150553

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào): 21274147)、吉林省自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào): 201215093)和中國(guó)科學(xué)院-德國(guó)馬普學(xué)會(huì)伙伴小組項(xiàng)目資助.

收稿日期:2015-07-20. 網(wǎng)絡(luò)出版日期: 2015-10-21.

中圖分類號(hào)O631.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

聯(lián)系人簡(jiǎn)介:姬相玲, 女, 博士, 研究員, 博士生導(dǎo)師, 主要從事高分子溶液和多孔高分子材料研究. E-mail: xlji@ciac.ac.cn