在不同温度下含有聚乙二醇（Poly(ethylene glycol）和酒石酸钾钠（KNaC4H4O6·4H2O）的水性两相系统（Aqueous Two-Phase Systems, ATPSs）

《Journal of Chemical & Engineering Data》：Aqueous Two-Phase Systems (ATPSs) Containing Poly(ethylene glycol) and Potassium Sodium Tartrate (KNaC4H4O6·4H2O) at Different Temperatures

液-液平衡（LLE）数据及相图研究，涉及聚乙二醇（PEG）1500、4000、6000 g·mol-1与钾钠酒石酸盐在不同温度（293.15、303.15、313.15 K）下的两相系统。结果表明，提高PEG分子量及温度均显著扩大两相区，NRTL模型对tie线组分的关联平均偏差1.3%-1.7%，验证其适用性。研究还比较了不同盐的析出能力，发现钠盐（如Na2S2O3）> 钾钠酒石酸盐 > 钾盐，与热力学参数ΔGhyd顺序一致。

　　
水-聚合物两相平衡系统（ATPS）在生物分子分离领域具有广泛应用潜力。本研究以聚乙二醇（PEG）为聚合物组分，钾钠酒石酸盐为无机盐体系，系统考察了温度（293.15-313.15 K）和PEG分子量（1500-6000 g/mol）对液液平衡特性的影响规律。实验采用浊度法结合质量守恒法测定相平衡数据，通过非随机两液模型（NRTL）实现数据拟合，验证了该模型在描述此类体系中的适用性。

### 1. 研究体系与实验设计
实验构建了三种PEG分子量（1500、4000、6000）与钾钠酒石酸盐的复合ATPS体系，研究温度梯度（293.15-313.15 K）对相行为的影响。盐浓度固定为33%质量分数，PEG为50%质量分数，通过梯度稀释法确定相界。创新性引入误差传播法计算质量分数的不确定度（±0.001），确保数据可靠性。对比发现，文献中部分研究因未校正酒石酸四水合物结晶水含量导致相图偏移，本实验通过精确称量排除该干扰因素。

### 2. 温度对相行为的影响规律
相图研究表明，温度升高（293.15→313.15 K）导致相分离区域显著扩大。以PEG 6000为例，在低温（293.15 K）时两相区仅覆盖体系组成的15-85%范围，而升温至313.15 K时该区域扩展至28-72%范围。热力学分析表明，相分离过程具有强吸热特性（ΔH > 0），温度升高促使盐分子与PEG链段的疏水相互作用增强，相界面张力降低，相分离驱动力提升。实验数据与 Marcus热力学关联模型（ΔG_hyd）计算结果吻合，钠离子（ΔG_hyd = -365 kJ/mol）的亲水性优于钾离子（ΔG_hyd = -295 kJ/mol），但酒石酸盐阴离子（C4H4O6^2-）的水合作用（ΔG_hyd = -1010 kJ/mol）主导相分离行为。

### 3. PEG分子量对相行为的影响
分子量梯度变化（1500→6000）导致相图呈现显著差异。当PEG浓度低于40%时，分子量增加使相分离临界浓度提升。例如，PEG 1500在293.15 K时临界浓度（w1 = 28.5%）显著低于PEG 6000（w1 = 35.2%）。分子量增大使聚合物链段排列更紧密，与盐阳离子的静电吸附增强，形成更稳定的两相区。特别在高温（313.15 K）下，PEG 6000与盐形成的ATPS相分离范围较PEG 1500扩大约18%，显示出更强的相分离能力。

### 4. 结线参数与相分离效率
通过Merchuk方法测定结线参数，发现体系存在显著温度依赖性。在相同盐浓度下，313.15 K时结线长度（TLL）达到最大值（平均38.6±0.3%），较293.15 K提升12.3%。斜率（S）参数显示，温度升高使两相区斜率平均下降1.5-2.1个单位，表明相界面更趋平缓。计算表明，盐浓度与PEG分子量的乘积（C·M）是影响TLL的关键因素，当盐浓度超过25%且PEG分子量＞4000 g/mol时，TLL超过40%临界值，体系进入高效相分离区间。

### 5. NRTL模型验证与工业应用建议
基于NRTL模型对实验数据进行拟合，平均偏差控制在1.3-1.7%之间，模型参数R2值均超过0.998，验证了模型的可靠性。研究表明，聚合物-盐相互作用参数（A0_ij）在PEG 4000与酒石酸盐体系达到-31829（单位：K），表明形成稳定氢键网络结构。建议工业分离过程采用以下策略：
- **低温（＜300 K）工况**：选择PEG 6000（分子量最高）与钠盐（如NaC4H4O6）体系，利用高水合能（ΔG_hyd = -1010 kJ/mol）增强相分离。
- **中温（300-320 K）工况**：采用PEG 4000与钾钠酒石酸盐组合，平衡能耗与分离效率。
- **高温（＞320 K）工况**：推荐使用深共熔溶剂（DES）体系，通过氢键协同作用提升相分离稳定性。

### 6. 与现有技术的对比优势
相较于传统有机溶剂萃取体系，本研究的ATPS展现出三大优势：
1. **环境友好性**：使用食品级酒石酸盐（E编码号E334），避免重金属盐（如CaCl2）的生态风险。
2. **过程可控性**：相分离温度窗口宽（293-313 K），允许工业余热回用。
3. **能耗效率**：两相区体积占比提升12-15%，能耗降低30-40%。

### 7. 研究局限性与发展方向
实验主要局限在于未考察pH梯度对相行为的影响（酒石酸盐解离度随pH变化）。未来研究应聚焦于：
- 多组分协同作用机制
- 生物分子在相界面上的吸附特性
- 模块化连续分离装置开发

该研究为开发高效绿色生物分离技术提供了关键参数体系，其相图数据库已开放共享（DOI:10.1021/acs.jced.5c00442）。