影响有机溶剂沉淀效果的因素——分子浓度和离子强度

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生物分子的浓度
生物分子浓度较高时,需要的有机溶剂较少,欲沉淀的组分损失也较少,但存在共沉淀作用而使分离的分辨率降低的问题。若要降低浓度,就需要进行稀释,稀释后体积增大,要达到同样的沉淀效果必然要使用更多的有机溶剂,总反应体积因此大大增加,同时还带来回收率降低、活性组分稀释变性、固液分离困难等严重的问题。物料浓度较低的优点是共沉淀少,有更好的分辨率。将溶液中生物分子的浓度控制在一定的范围,可有效调和分离效果和回收率,同时也避免有机溶剂的使用量过大。一般认为,对于蛋白质溶液0.5%~3%的起始浓度比较合适,而对于粘多糖起始浓度以l%~2%为宜。
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溶剂的种类及浓度
不同的有机溶剂由于其介电常数不同,对相同的溶质分子产生的沉淀作用也不同。一般认为,介电常数越低的有机溶剂,其沉淀能力越强。
同一种有机溶剂对不同的溶质分子产生的沉淀作用大小也不一样。在溶液中不断加入有机溶剂,其浓度不断升高,溶液的介电常数逐渐降低,溶质的溶解度在某一范围内会对此十分敏感。也就是说,溶液中某一成分沉淀所需要的有机溶剂浓度的范围是比较窄的,不同溶质分子的溶解度发生急剧变化时的有机溶剂浓度范围是不同的,正因如此,使有机溶剂沉淀法有了较好的分辨率。所以,操作过程中应该严格控制有机溶剂的加入量,避免有机溶剂浓度低造成沉淀不完全甚至不能沉淀,或有机溶剂浓度高造成共沉淀现象。
离子强度
在低浓度范围内,盐浓度的增加会造成溶质溶解度的升高,即“盐溶”现象;当盐浓度达到一定的数值后,再增加盐浓度反而造成溶质溶解度的降低,这就是“盐析”现象。由于离子强度与盐浓度是相关的,离子强度对溶质溶解度的影响等价于盐浓度影响。离子强度是影响溶质溶解度的一个重要因素。当溶液中含有一定量的中性盐时,胶体在有机溶剂水溶液中的溶解度升高。所以用盐析法制得的粗品,复溶后进一步用有机溶剂法沉淀纯化时,须先透析除盐,否则会增大使胶体沉淀所需要的有机溶剂用量。但如果溶液中含有适量的中性盐会减小有机溶剂沉淀时变性的影响。
金属离子
溶液中若有某些多价阳离子(如Ca2+,Zn2+等),在合适的pH范围内可以与呈阴离子状态的高分子溶质形成复合物,这些复合物的溶解度远小于其溶质,并且生物活性并未被破坏。因此,可用加人这些阳离子的方式减少有机溶剂的用量。采用阳离子辅助沉淀时有几个问题需要注意:①溶液中(包括早期加入的各种缓冲液、酸碱溶液)是否与选定的阳离子发生沉淀反应;②沉淀反应完成后,阳离子可以去除,并应该尽早去除。
影响有机溶剂沉淀的因素很多,实际上每个因素都不是单独发挥作用的,因此不可能只控制其中的一个因素就能很好地完成沉淀反应。在实际应用时,需要对各种影响因素进行优化,通过它们的综合作用,才能获得理想的分离效果。