Trọng lượng phân tử (MW) và nồng độ polymer
Hầu hết các hệ ATPS được tạo thành bởi polymer – polymer/muối. MW polymer ảnh hưởng đáng kể đến sự tách pha. Nhìn chung,
Tăng MW của polymer → giảm nồng độ polymer cần thiết cho sự tạo thành pha
Tăng sự chênh lệch giữa MW của các polymer → tăng sự bất đối xứng của đường
cong giản đồ pha
Tăng MW của PEG → giảm giá trị K
Trong hệ polymer – muối, sự tách pha theo chiều hướng pha giàu polymer giảm khi tăng nồng độ polymer, trong khi hệ polymer – polymer sự tách pha theo chiều hướng giảm về phía polymer có MW cao. Lý do chính cho hiện tượng này là khi tăng nồng độ polymer, tính kỵ nước làm gia tăng sự phân tách đẩy nước khỏi pha giàu polymer và đưa về pha giàu muối, đồng thời tách loại các phân tử sinh học khỏi pha giàu muối đưa về pha giàu polymer. Khi tăng MW của polymer tính kỵ nước tăng lên do giảm các nhóm ưa nước/vùng kỵ nước (Asenjo & cộng sự, 2011).
Tính kỵ nước
Tính kỵ nước đóng vai trò quan trọng trong việc tách pha, đặc biệt với protein. Hai hiệu ứng: hiệu ứng kỵ nước của pha và hiệu ứng tách bằng muối đều liên quan đến các tương tác kỵ nước (Asenjo & cộng sự, 2011). Trong hệ muối - polymer, tính kỵ nước có thể điều khiển bằng cách thay đổi TLL, MW của polymer và bằng cách thêm muối (ví dụ như NaCl). Nồng độ NaCl thấp (<1 M) không ảnh hưởng ATPS tuy nhiên, nồng độ muối cao (>1 M) làm thay đổi giản đồ pha (Andrews & cộng sự, 2010). Việc thêm muối vào hệ ATPS có ảnh hưởng đáng kể đến sự tách pha (Cote & cộng sự, 1974). Các muối chứa ion với độ kỵ nước khác nhau, các ion kỵ nước sẽ bị ép đến pha với mức độ kỵ nước cao hơn và ngược lại. Hiệu
ứng tách bằng muối làm di chuyển các phân tử sinh học từ pha giàu muối sang pha giàu polymer (Raja & cộng sự, 2011).
pH
pH của ATPS có thể làm thay đổi điện tích và tính chất bề mặt của chất tan làm ảnh hưởng đến sự tách các phân tử sinh học. Ví dụ, khi áp dụng ATPE để tách protein, điện tích của protein thay đổi từ âm trong pH cao hơn điểm đẳng điện (pI) sang dương khi thấp hơn pI (Raja & cộng sự, 2011). Các phân tử sinh học tích điện âm hơn khi trong hệ pH cao hơn, điều này làm tăng hệ số phân bố và các phân tử sinh học cần tách sẽ hiện diện chủ yếu ở pha trên. Các giá trị pH cao hơn pI của protein ảnh hưởng đến ái lực với pha giàu PEG do moment lưỡng cực dương (Andrews & cộng sự, 2005).
Nhiệt độ
Nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn đến thành phần hai pha trong hệ ATPS, dẫn đến sự thay đổi giản đồ pha. Những thay đổi về nhiết độ cũng ảnh hưởng sự tách pha thông qua yếu tố độ nhớt và tỷ trọng. Do đó, cần kiểm soát nghiêm ngặt nhiệt độ trong các thí nghiệm liên quan đến hệ ATPS. Nhìn chung, đối với hệ polymer – polymer ATPS có nồng độ polymer thấp thì sự tách pha đạt được ở nhiệt độ thấp, tuy nhiên, hiệu ứng ngược lại trong hệ polymer – muối (Walter & cộng sự, 1994). Sự tách pha của các phân tử sinh học và tốc độ tách pha ảnh hưởng bởi các tính chất hoá lý như tỷ trọng, độ nhớt và sức căng bề mặt của hệ ATPS (Hatti-Kaul, 2001).
Các loại muối
Ảnh hưởng của các loại muối lên quá trình tách pha tuân theo thứ tự được nghiên cứu bởi Hofmeister. Khi xem xét một loại muối, anion đóng vai trò quan trọng hơn cation. Các anion đa hoá trị, như HPO42- và SO42- có hiệu quả nhất trong việc tách pha với hệ có chứa PEG. Việc giải thích sự tách pha của hệ nước – muối – PEG liên quan đến mức độ thay thế các liên kết hydrate hoá giữa cation và nước bằng các liên kết cation với oxygen ether trong PEG. Các muối, với anion đa hoá trị có kích thước nhỏ có mật độ điện tích cao, tham gia vào sự thay thế các liên kết dạng này với mạch polymer, dẫn đến sự hình thành các vùng tách muối và sự tách pha diễn ra (Huddleston & cộng sự, 1990).