بخشی از مقاله
چکیده
در نیم قرن گذشته، محققان توجه ویژهای را به سیستمهای استخراج مایع- مایع جهت بازیابی و خالصسازی بیومولکول ها نظیر آنزیم و آمینواسید معطوف نمودهاند. روش های استخراج مایع- مایع متداول، شامل استفاده از حلال آلی است، که برای بازیابی بیومولکولها مناسب نمیباشند، زیرا این مولکولها در مواد آلی حل نمیشوند و نیز اکثرا این مواد باعث تغییر ماهیت آنها می گردند. می توان سیستمهای دو فازی آبی را با استفاده از محلول دو پلیمر یا یک پلیمر و نمک و یا مواد فعال سطحی در شرایط خاص تهیه نمود. در این مطالعه از سیستم دوفاز آبی شامل پلی اتیلن گلایکول با دو وزن مولکولی مختلف و نمک سدیم تارتارات دی هیدرات استفاده شده و نتایج آن ارائه شده است .
مقدمه و هدف
سیستم های دو فازی آبی به عنوان سیستم ارزشمند به طور گسترده ای برای جداسازی ملکول های زیستی در بیوتکنولوژی مورد استفاده قرار می گیرد. ویژگی الکترواستاتیکی اجزای تشکیل دهنده هر فاز منجر به تجمع بیوملکول ها در یک فاز و جدایش آن ها از ناخالصی ها می شود . از پلیمر هایی که بیشترین مصرف را داشته اند می توان به دکستران و پلی اتیلن گلایکول اشاره کرد. هنگامی که پلیمری، مانند پلیاتیلن گلایکول - PEG - ، با یک پلیمر دیگر مانند دکستران، و یا یک نمک با غلظت مشخص مخلوط گردند، دو فاز غیر قابل حل در یکدیگر بدست میآید که غلظت اجزا در این فازها متفاوت هستند.
این دو فاز در حال تعادل با یکدیگر میباشند. یکی از فازها غنی از یکی از پلیمرها و فاز دیگر غنی از پلیمر دیگر - یا نمک - می باشد. جداسازی با استفاده از سیستم های دو فازی آبی نخستین بار توسط بیجرینکٌ میکروبیولوژیست آلمانی در سال 1896 انجام شد.[1]او با اختلاط مقادیر مناسبی از آگار و ژلاتین محلول کدری بوجود آورد که در نهایت به دو فاز جدا تبدیل می شد. در سال 1958 آلبرتسونٌ این سیستم ها را برای جداسازی سلول های گیاهی بکار برد. این کشف آلبرتسون موجب توسعه این تکنیک را فراهم آورد و از آن پس این تکنیک ، برای جداسازی مواد مختلف گیاهی و جانوری و سلول ها و ویروسها بکار گرفته شد
در این مقاله پارامترهای موثر برتفکیک اجزا در سیستم های دوفازی آبی معرفی شد و تاثیر جرم مولکولی پلی اتیلن گلایکول بر منحنی باینودال نشان داده شده است ، همچنین داده های تعادلی فازی مربوط به هرسیتم در جداول و نمودارهای مختلف نشان داده شده است.
تئوری و پیشینه تحقیق
تاکنون مطالعات زیادی در سیستم های دو فازی آبی انجام شده است و تاثیر عوامل مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. از مهم ترین مطالعات صورت گرفته در این زمینه استفاده کولاٍ از این سیستم در مقیاس صنعتی است .3]ِگ[ائوَ و همکارانش اثر وزن مولکولی پلی اتیلن گلایکول را روی منحنی باینودال برسی کردند .[4]صادقی و همکارانش اثر دما را برروی سیستم دوفازی آبی برسی کردند
وزیری و همکارانش اثر pH را بر روی منحنی باینودال برسی کردند
حق طلب و مختارانی اثر pH را روی تغییر منحنی باینودال سیستم دی پتاسیم فسفات و پلی اتیلن گلایکول ، سدیم سولفات و پلی اتیلن گلایکول مورد مطالعه قرار دادند .
پارامترهای موثر بر تفکیک اجزا و منحنی فازی در سیستم دو فازی آبی:
جرم مولکولی پلیمر:
با افزایش جرم ملکولی و افزایش طول زنجیر خطی کوپلیمر ، خاصیت آبگریزی آن افزایش می یابد بنابراین در غلظت های کمتری از پلیمر و نمک تشکیل دوفاز رخ داده و ناحیه دوفازی گسترش می یابد.
: PH
با افزایش pH ، منحنی دوفازی به سمت غلظت های کمتری از پلیمر و نمک انتقال می یابد که منجر به گسترش ناحیه دوفازی خواهد شد.
دما:
دما تاثیر مهمی بر ترکیب دو فاز و نیز تفکیک ملکول ها دارد با افزایش دما،حلالیت پلیمر در نمک کاهش یافته و پلیمر و نمک در غلظت های کمتری تشکیل دو فاز می دهند بنابراین ناحیه دوفازی افزایش می یابد.
منحنی فازی:
منحنی فازی ناحیه دو فازی را از ناحیه تک فازی جدا مینماید. بالای منحنی ، دو فاز در حال تعادل با یکدیگر وجود دارد و در پائین منحنی تنها یک فاز موجود میباشد. هنگامی که ترکیب مخلوط به نقطه بحرانی - نقطه - C نزدیک شود، تفاوت بین خواص دو فاز کاهش یافته و در این نقطه ترکیب دو فاز یکسان می گردد. نقطه بحرانی در نمودار فازی به عنوان نقطهای تعریف میشود که ترکیب و حجم هر دو فاز یکسان می باشد.
شکل :1 نمودار فازی سیستم دوفازی ،P ترکیب اولیه سیستم ،A و B و C فاز بالا و پایین و نقطه بحرانی،چپ و پایین منحنی فازی ناحی تک فازی و بالا و سمت راست آن ناحیه دو فازی را نشان می دهد
خطوط مستقیمی که دو نقطه روی منحنی فازی را به یکدیگر متصل مینماید، خطوط رابط - تایلاین - نامیده میشوند. برای هر ترکیب دلخواه بر روی خطوط رابط نقاط برخورد خط رابط با منحنی فازی، نشاندهنده ترکیب دو فاز در حال تعادل میباشند
مواد و روش کار:
مواد مورد استفاده در این آزمایش پلی اتیلن گلایکول با وزن های مولکولی 1000 - و - 2000 ، نمک سدیم تارتارات دی هیدرات ،آب مقطر و آب دی یونیزه می باشد که از مرک خریداری شده است.برای رسم منحنی باینودال از روش تیتراسیون و ابری شدن استفاده شده است .[9] مقدار مشخصی از پلی اتیلن گلایکول با وزن ملکولی مشخص را در بشر ریخته و مقداری آب مقطر به آن اضافه می کنیم و با استفاده از لرزاننده به خوبی هم زده می شود تا محلول شفاف حاصل شود. تیتراسیون با استفاده از محلول نمک سدیم تارتارات دی هیدرات انجام می شود.
با استفاده از سمپلر محلول نمک کم کم به محلول شفاف پلیمر اضافه شده تا سیستم ابری شود سپس با استفاده از ترازو وزن محلول اضافه شده را یادداشت کرده و مشخصات این نقطه به عنوان اولین نقطه نوشته می شود ، سپس به این محلول مقداری آب مقطر اضافه می شود تا مجددا محلول شفافی حاصل شود ، در این حالت سیستم تک فازی شده و وزن آب مقطر اضافه شده یادداشت می شود.
این روند بارها تکرار می شود و نقاط منحنی باینودال تعیین می شود. بدست آوردن نقاط منحنی مستلزم به صرف زمان فراوانی می باشد. با استفاده از منحنی باینودال محلول سه تایی حاوی - پلی اتیلن گلایکول + نمک + آب - را ساخته و به مدت 24 ساعت آن را ساکن قرار داده تا دو فاز از هم جدا شوند فاز بالا غنی از پلیمر و فاز پایین غنی از نمک می باشد. فاز ها توسط سرنگ جداسازی شده و با استفاده از دستگاه فلیم فوتومتر که برای اندازه گیری میزان نمک در دوفاز و رفرکتومتر برای پلیمر در دوفار بکار می رود تست های موردنظر انجام شده و درصد وزنی هر یک از آن ها در دوفاز تعیین می شود.
نتایج و بحث:
داده های منحنی باینودال برای سیستم مورد بررسی با استفاده از دو پلیمر با جرم ملکولی های 1000 و 2000 به ترتیب در جداول 1 و2 نشان داده شده است. همچنین با استفاده از داده های باینودال بدست آمده در سیستم مذکور، منحنی باینودال هر یک از این سیستم ها در شکل های 2 و 3 رسم شده اند.
