中药化学-第五单元--分离.ppt

第五单元分离精制 中药化学成分的分离精制概述一般情况下混合物分离与纯化主要分 机械分离传质分离 机械分离对非均相混合物 根据物质的大小 密度的差异 依靠外力作用 将两相或多相分开 该过程的特点 是相间不发生物质传递 包括 过滤沉降膜分离等分离过程 传质分离对均相混合物 也包括非均相混合物 通过加入分离剂 能量或质量 使原混合物体系形成新相 在推动力的作用下 物质从一相转移到另一相 达到分离与纯化的目的 该过程的特点 是相间发生了物质传递 类型 按平衡分离过程分 蒸馏萃取结晶色谱按速率控制分离过程分 超滤反渗透电泳 传统分离技术蒸馏吸收萃取色谱干燥 新型分离与纯化技术新型离子交换树脂大孔树脂新型电泳分离技术新型萃取分离技术双水相萃取 超临界流体萃取 反胶团萃取膜分离微滤 透析 电渗析 反渗透 超滤 气体分离膜 渗透蒸发 渗透气化 多种分离与纯化技术的融合膜蒸馏萃取蒸馏反应精馏亲和色谱 亲和过滤 亲和膜分离这些融合了的分离技术具有较高的选择性和分离效率 过滤是以某种多孔性物质作为介质 在外力的作用下 悬浮液中的流体通过介质孔道 固体颗粒被截留下来 从而实现固液分离的过程 过滤介质两侧的压力差是实现固液分离的推动力 它可以通过重力 加压 抽真空或离心惯性力来获得 又可分为 常压过滤真空抽滤离心过滤 过滤常用于分离固体量较大的悬浮液 沉降是依靠外力的作用 利用分散物质 固相 与分散介质 液相 的密度差异 使之发生相对运动 而实现固液分离的过程 用于实现沉降过程的作用力可以是重力 也可以是惯性离心力 即分为 重力沉降离心沉降沉降主要用于固体粒子含量较少 颗粒细小的悬浮液的分离 离心分离是借助于离心机旋转所产生的离心力 根据物质颗粒大小 密度 沉降系数和浮力等的不同 而使物质分离的技术 在药品生产中 真空抽滤和离心分离 包括离心过滤 离心沉降 应用较多 5 1过滤是借助过滤介质将不同大小 不同形状的物质分离的技术过程 过滤介质 常用的有滤纸 滤布 纤维 多孔陶瓷 烧结金属和各种高分子膜等 可以根据需要选用 分类根据过滤介质的不同 过滤可以分为 膜过滤非膜过滤根据过滤介质截留的物质颗粒大小不同 过滤可以分为 粗滤微滤超滤反渗透 非膜过滤采用高分子膜以外的材料 如滤纸 滤布 纤维 多孔陶瓷 烧结金属等作为过滤介质 称为非膜过滤 简称为过滤 主要包括粗滤和部分微滤 膜过滤而大部分微滤以及超滤 反渗透 透析 电渗析等采用各种高分子膜为过滤介质 称为膜过滤 又称为膜分离技术 根据过滤介质截留的物质颗粒大小不同的过滤主要特性 如表所示 表过滤的分类及其主要特性 过滤的操作方式 根据推动力的产生条件不同 过滤有常压过滤加压过滤减压过滤 1 常压过滤常压过滤是以液位差为推动力的过滤 过滤装置竖直安装 悬浮液置于过滤介质的上方 由于存在液位差 在重力的作用下 滤出液通过过滤介质从下方流出 大颗粒的物质被截留在介质表面 从而达到分离 实验室常用的滤纸过滤以及生产中使用的吊篮或吊袋过滤都属于常压过滤 特点 常压过滤设备简单 操作方便易行 但是过滤速度较慢 分离效果较差 难于大规模连续使用 2 加压过滤加压过滤是以压力泵或压缩空气产生的压力为推动力 生产中常用各式压滤机进行加压过滤 添加助滤剂 降低悬浮液黏度 适当提高温度等措施 均有利于加快过滤速度和提高分离效果 特点 加压过滤设备比较简单 过滤速度较快 过滤效果较好 在生产中广泛应用 3 减压过滤减压过滤又称为真空过滤或抽滤 是通过在过滤介质的下方抽真空的方法 以增加过滤介质上下方之间的压力差 推动液体通过过滤介质 而把大颗粒截留的过滤方法 实验室常用的抽滤瓶和生产中使用的各种真空抽滤机均属于此类 特点 减压过滤需要配备有抽真空系统 由于压力差最高不超过0 1MPa 多用于黏性不大的物料的过滤 非膜过滤的操作过程过滤的设备简单 操作简便 在实验室和工业生产中广泛应用 其基本操作过程如下 1 过滤介质的选择过滤介质主要有滤纸 滤布 纤维 多孔陶瓷 烧结金属等 在实际使用中 应选择那些 孔径大小适宜孔的数量较多又分布均匀过滤效果好具有一定的机械强度化学稳定性好价廉易得的过滤介质 2 助滤剂为了加快过滤速度 提高分离效果 经常需要添加助滤剂 常用的助滤剂 硅藻土 活性炭 纸粕 纤维素 石棉粉 珍珠岩 白土 淀粉等 其中最常用的是硅藻土 使用方法 1 一种是在过滤介质表面预涂助滤剂 2 另一种是直接加入到混合液中 也可两种方法同时兼用 对于第二种方法 使用时需要一个带搅拌器的混合槽 充分搅拌混合均匀 防止分层沉淀 助滤剂的选择 根据目的药物的性质选择助滤剂品种 根据过滤介质和过滤情况选择助滤剂品种 粒度选择 用量的确定 根据目的药物的性质选择助滤剂品种当目的药物存在于液相时 应注意目的药物是否会被助滤剂吸附 是否可通过改变pH值来减少吸附 当目的药物存在于固相时 一般使用淀粉 纤维素等不影响产品质量的助滤剂 根据过滤介质和过滤情况选择助滤剂品种当使用粗目滤网时易泄漏 采用石棉粉 纤维素 淀粉等助滤剂可有效地防止泄漏 当使用细目滤布时 宜采用细硅藻土 因若采用粗粒硅藻土 则料液中的细微颗粒仍将透过助滤层而到达滤布表面 从而使过滤阻力增大 当使用烧结或黏结材料制成的过滤介质时 宜选用纤维素助滤剂 这样可使滤饼易于剥离 并可防止堵塞毛细孔 粒度选择助滤剂的粒度及粒度分布对过滤速率和滤液澄清度影响很大 当粒度一定时 过滤速率与澄清度成反比 过滤速率大 澄清度差 过滤速率小 则澄清度好 助滤剂的粒度必须与悬浮液中固体粒子的尺寸相适应 如颗粒较小的悬浮液应采用较细的助滤剂 商品硅藻土助滤剂有多种规格 粒度分布不同 因此使用前应针对不同料液的特性和过滤要求 通过实验 确定其最佳型号 用量的确定助滤剂的用量必须适宜 用量过少 起不到有效的助滤作用 用量过大 不仅浪费 而且会因助滤剂成为主要的滤饼阻力而使过滤速率下降 当采用预涂助滤剂的方法时 间歇操作助滤剂的最小厚度为2mm 连续操作则要根据所需的过滤速率来确定 当助滤剂直接加入液相时 一般采用的助滤剂用量等于悬浮液中的固形物含量 其过滤速率最快 如以硅藻土作为助滤剂时 通常 细粒用量为500g m3 中等粒度用量为700g m3 粗粒用量为700 1000g m3 过滤条件的确定过滤条件的确定应该以过滤速度快和过滤效果好为指标 在过滤过程中 除了选择好过滤介质和助滤剂以外 还要控制好各种过滤条件 主要包括 压力差混合液的黏度混合液的浓度温度pH值通常情况下 增大压力差 降低混合液的黏度 降低混合液的浓度 升高温度都有利于提高过滤速度 中药化学成分常规分离精制方法 溶剂分离法萃取法沉淀法 包括盐析法 结晶法分馏法升华法色谱法膜分离法 包括透析法 溶剂分离法溶剂梯度法酸碱溶剂法 溶剂梯度法天然药物提取液中常含有极性不同的各种化学成分 系统溶剂分离法就是根据它们在不同极性溶剂中溶解度的差异 选用3 4种不同极性的溶剂组成溶剂系统 由低极性到高极性分步对浓缩后的总提取物进行提取分离 系统溶剂分离技术关键是溶剂的选择 依据 相似相溶 原理 常用的溶剂与用该溶剂提取出的中药化学成分的对应关系见表 酸碱溶剂法利用混合物中各组分酸碱性的不同而进行分离 对于难溶于水的有机碱性成分 如生物碱类可与无机酸成盐溶于水 借此可与非碱性难溶于水的成分分离 对于具有羧基或酚羟基的酸性成分 难溶于酸水可与碱成盐而溶于水 对于具有内酯或内酰胺结构的成分可被皂化溶于水 借此与其它难溶于水的成分分离 具体操作时 1 可将总提取物溶于亲脂性有机溶剂 常用乙酸乙酯 用酸水 碱水分别萃取 将总提取物分成酸性 碱性 中性三个部位 2 也可将总提取物溶于水 调节pH后用有机溶剂萃取 如此所得碱性或酸性部位中 存在着碱度或酸度不同的成分 3 还可用pH梯度法萃取进一步分离各碱度或酸度不同的成分 使用酸碱溶剂法时要注意酸性或碱性的强度 与被分离成分接触的时间 加热温度和加热时间等 避免在剧烈条件下某些化合物结构发生变化或结构不能回复到原存于中药中的状态 萃取法萃取是指存在于某一相的一个或多个组分 在与第二相接触后转入后者的过程 这两相是互不混溶或部分混溶的 显然 萃取过程是两相间的传质过程 类型根据两相相态的不同分为 固 液萃取 又称浸取 液 液萃取 又称两相溶剂萃取 根据萃取剂的性质或萃取机制的不同分 溶剂萃取超临界流体萃取双水相萃取反胶团萃取 溶剂萃取法物理萃取化学萃取物理萃取的理论基础是分配定律 而化学萃取服从相律及一般化学反应的平衡规律 物理萃取 两相溶剂萃取法 简称萃取法 溶剂分配法 是利用混合物中各成分在两种互不相溶 或微溶 的溶剂中分配系数的不同而达到分离的方法 萃取时如果各成分在两相溶剂中分配系数相差越大 则分离效率越高 基本原理两相溶剂萃取法是利用混合物中各种成分在两种互不相溶 或微溶 的溶剂相中分配系数的差异而达到分离目的的方法 分配系数根据分配定律 在一定的温度和压力下 某物质溶解在两种互不相溶的溶剂中 当达到动态平衡时 该物质在两种溶剂相中的浓度之比为一常数 称为分配系数 K 可用下式表示K Cu Cl式中 K表示分配系数 Cu表示溶质在上相溶剂中的浓度 Cl表示溶质在下相溶剂中的浓度 混合物中各种成分在同一两相溶剂系统中分别有各自不同的分配系数 分离因子 萃取时混合物中各种成分在两相溶剂中分配系数差异越大 则分离效果越好 分离的难易可用分离因子 值来表示 分离因子为A B两种溶质在同一溶剂系统中分配系数的比值 即 KA KB 注 KA KB 一般 当 100时 若想达到基本分离只需做一次简单萃取 当100 10时 则需萃取10 12次才能达到分离 当 1时 即表示KA KB 两种成分性质非常相近 无法利用此法达到分离目的 例如 假定某混合物含有A B两种成分 现用氯仿和水等体积配成溶液系统 其中KA 10 KB 0 1 则 KA KB 10 0 1 100 在分液漏斗中对混合物做一次振摇分配平衡后 成分A有90 以上分配在水中 则不到10 分配在氯仿中 而成分B正好相反 说明混合物A B两种成分仅做一次分配就实现了90 以上程度的分离 因此在实际工作中 应选择 值大的溶剂系统 以简化分离过程 提高分离效率 亦可根据 值的大小选择适当的萃取方法 应用 系统溶剂萃取法常用于中药化学成分初步分离 很多情况下可在分液漏斗中进行 将混合物溶于水 利用各组份极性差别 依次以正己烷 或石油醚 氯仿 或乙醚 乙酸乙酯 正丁醇萃取 然后分别减压回收各有机层溶媒 则得到相应极性的中药成分 被有机溶剂萃取后的水层 减压浓缩至干 残留物用甲醇 或乙醇 处理 又可得到甲醇 或乙醇 可溶成分及不溶部分 常用试剂 氯仿 乙醚 乙酸乙酯 正丁醇溶剂分配法的两相往往是互相饱和的水相与有机相 对于分离极性较大的成分 选用正丁醇 水 极性中等的成分选用乙酸乙酯 水 极性小的成分选用氯仿 或乙醚 水 两相溶剂萃取操作技术简单萃取法逆流连续萃取法逆流分配法 逆流分溶法 液滴逆流分配法高速逆流 HCCC 双水相萃取反胶束萃取 简单萃取法操作该法是实验室中常用的一种简便萃取技术 1 仪器装置少量萃取一般在分液漏斗中进行 中量萃取可在较大的下口瓶中进行 工业生产中的大量萃取 多在密闭萃取罐内进行 用搅拌机搅拌一定时间 使二液充分混合 再放置令其分层 有时将两相溶液喷雾混含 以增大萃取接触 提高萃取效率 也可采用二相溶剂逆流连续萃取装置 2 操作技术 操作过程小量萃取时 首先选择一个容积较液体体积大1 2倍的分液漏斗 将分液漏斗的活塞和玻璃塞用橡皮套扎在漏斗上 然后分别在活塞粗端和活塞的孔道细端内涂好一薄层润滑脂 注意不要抹在活塞的孔中 后 旋转数圈 关好活塞 然后装入待萃取物和萃取剂 盖好塞子 倒转漏斗 开启活塞 排气后关紧 开始轻轻振摇 每振摇几次后 注意打开活塞放出因振摇产生的气体 如此重复数次 最后再用力振摇2 3min 将分液漏斗放在铁架台上的铁圈中静置 使两液分层 开启活塞使下层液放出 而上层液则从分液漏斗的上层倒出 以免被漏斗颈部残留的下层液污染 此为一次萃取 若要反复萃取数次 保留上层液或下层液需视实际情况而定 萃取剂的选择需根据被萃取化合物的性质而定 萃取剂有如下两类 a 有机溶剂做萃取剂b 用于pH梯度萃取法的萃取剂 a 有机溶剂做萃取剂 如果在水提取液中的有效成分是亲脂性的物质 一般多用亲脂性有机溶剂 如苯 氯仿或乙醚进行两相萃取 如果有效成分是偏于亲水性的物质 在亲脂性溶剂中难溶解 就需要改用弱亲脂性的溶剂 例如乙酸乙酯 丁醇等 还可以在氯仿 乙醚中加入适量乙醇或甲醇以增大其亲水性 提取黄酮类成分时 多用乙酸乙脂和水的两相萃取 提取亲水性强的皂甙则多选用正丁醇 异戊醇和水作两相萃取 应注意的是 一般有机溶剂亲水性越大 与水作两相萃取的效果就越不好 因为能使较多的亲水性杂质伴随而出 对有效成分进一步精制影响很大 B 用于pH梯度萃取法的萃取剂如分离某有机溶剂中酸性强弱不同的黄酮苷元 可依次选用pH由低到高的碱液如5 碳酸氢钠 5 碳酸钠 0 2 氢氧化钠 4 氢氧化钠的水溶液做萃取剂进行萃取 使成盐而达分离的目的 又如分离碱性强弱不同的游离生物碱 可用pH由高至低的酸性缓冲溶液做萃取剂顺次萃取 使碱性由强到弱的生物碱分别萃取出来 C 萃取剂的用量应遵循少量多次的原则 因为总量相同的溶剂 分次萃取的效率要比一次萃取的效率高 萃取溶剂第一次用量一般为水提液的1 3 1 2 以后的用量可适当减少为水提液的1 6 1 4 D 水提液的浓度要求若是水提液 其浓度最好在相对密度1 1 1 2之间 过稀则萃取剂用量太大 过浓则两相不易充分接触 影响萃取效率 E 乳化现象的处理萃取中常产生乳化现象 尤其是碱性水提液选用氯仿萃取时 乳化现象更为严重 这是由于天然药物中含有表面活性物质 如皂苷 蛋白质 多种植物胶质 鞣质等 或存在少量轻质的沉淀 溶剂互溶 两液相密度相差较小和振摇等因素促使了乳状液的形成