[科普中国]-两相系统

两相系统也称为双相系统，是指所研究或指定的系统具有两种相态。自然界中物质的（相）状态有三种，分别为气态，液态和固态。我们不仅可以把其中两种相态所构成的系统都叫做两相系统，而且同一种相态下也可以构成两相系统。例如生活中的油水混合物，油层与水层互不相溶，在油与水之间可以形成一个界面，这样的混合物也叫做两相系统。两相系统在生活中非常常见，也有相关的运用。

释义两相系统是科学研究及生活中非常常见的系统状态，该系统一般情况下具有两种相态（固态、液态、气态其中的两种），如果同一相态的两种物质不能互溶，这两种物质所构成的系统也可以叫做两相系统。

两相系统也可以称之为双相系统。在物理学中，液态水和冰组成的系统就是一种双相系统。具有固定熔点的物质被称为晶体, 由晶体纯净物构成的物质处在固液双相时的温度等于该晶体的熔点。油水混合物也是生活中熟知的两相系统，在该系统中油层与水层会有一个明显的界面。

相转移催化剂在有机反应中，一般均相反应的催化效率高于非均相反应。非均相反应常见的体系就是两相系统，包括水相和有机相。由于两种反应物在两相中，能发生催化反应的速度非常慢，为此需要添加想转移催化剂将一相中的反应物转移到另外一相中去从而加快反应速度。

相转移催化剂（Phase transfer catalyst，PTC）是可以帮助反应物从一相转移到能够发生反应的另一相当中，从而加快异相系统反应速率的一类催化剂。一般存在相转移催化的反应，都存在水溶液和有机溶剂两相，离子型反应物往往可溶于水相，不溶于有机相，而有机底物则可溶于有机溶剂之中。不存在相转移催化剂时，两相相互隔离，几个反应物无法接触，反应进行得很慢。相转移催化剂的存在，可以与水相中的离子所结合（通常情况），并利用自身对有机溶剂的亲和性，将水相中的反应物转移到有机相中，促使反应发生。

相转移催化剂的种类比较多。阴离子作反应物时，相转移催化剂常常是季铵盐（四级铵盐）、季鏻盐、锍盐或砷盐。阳离子作反应物时，相应的相转移催化剂往往是冠醚或穴醚。它们之间的相互结合，是以分子间的电性引力作用或氧/氮原子对离子的配位作用为基础的。形成的复合物外端露出烃基单元，是疏水性的；内部则具有一个容纳离子的结构，因此是亲水性的。

除此之外，也有用聚乙二醇或聚乙二醇醚与正离子结合的，它们价格便宜，但催化效果往往不如冠醚。还有一类三相催化剂，它们不溶于水或有机相中，但可以加速水-有机相的反应，自身为固体构成另一相，故称三相催化。它们大多是季铵盐、鏻盐、冠醚等与高聚物（如聚苯乙烯）相连得到的固体不溶物。由于三相催化中催化剂易分离回收，故已在化工领域中引起了很大的兴趣。

两相系统的研究运用两相系统在疏水性有机污染物高效降解菌富集培养中的应用研究进展：

两相系统（Two-phase system，TPS），也叫两相分配生物反应器（Two-phase partitioning bioreactor，TPPB），是 Collins 等在 1996 年首次利用基于有机污染物在水相（Aqueous phase，AP）、有机相（Organic phase，OP）之间的热力学平衡原理构建的用于降解苯酚的生物反应器。近年来，越来越多的研究发现TPS能够有效富集 HOPs 高效降解菌，促进环境中 HOPs的降解脱毒。

概述：TPS 由非水相（Non-aqueous phase，NAP）、AP、HOPs 和微生物等四元体系组成。HOPs 在 NAP、AP 中的分配比例不同，降解菌主要生活在 AP 中，由于降解菌的降解代谢降低了AP中 HOPs 的浓度，使 HOPs 通过自由扩散进入 AP 而被降解菌进一步利用，从而被逐步实现彻底降解。随着对 NAP、AP组成和HOPs 生物降解特点的深入研究，迄今为止TPS 已经发展为 “ 液——液 ” 两相系统 （Aqueoustwo-phase system ， ATPS）和 “ 固——液 ” 两相系统（Solid-liquid two-phase system，STPS）两大类。近年来，由非离子表面活性剂水溶液组成的疏水性凝聚层相和亲水性水相构建的浊点系统（Cloud pointsystem，CPS）作为一种新型的 ATPS 在强化 HOPs微生物效率方面也取得很好的进展。

工作原理：与 ATPS 类似，STPS 也是由高分子聚合物材料、AP、HOPs 及高效降解菌等四元体系组成，其结构及工作原理如图 2 所示。由于高分子聚合物材料对 HOPs 具有较高的亲和性，大多数 HOPs 高分子聚合物材料中，而使 AP 中的浓度显著降低，从而避免对降解菌功能活性的抑制作用。随着 AP 中HOPs 的降解转化，高分子聚合物材料中的 HOPs通过扩散作用缓慢释放到 AP 中，从而使 HOPs 高效降解菌聚集在疏水性聚合物材料表面，达到富集HOPs 高效降解菌的目的。1

本词条内容贡献者为:

蒲富永 - 教授 - 西南大学