第八章 萃取技术

1、第八章第八章 萃取技术萃取技术目目 录录概概 述述选择萃取分离体系的注意事项选择萃取分离体系的注意事项液液-液萃取设备选择原则液萃取设备选择原则几种萃取技术介绍几种萃取技术介绍学习目标学习目标知识目标知识目标掌握萃取技术原理；掌握萃取技术原理；掌握各种萃取技术及掌握各种萃取技术及其影响因素；其影响因素；熟悉现代萃取技术的熟悉现代萃取技术的进展；进展；了解各类萃取技术的了解各类萃取技术的应用范围。应用范围。能力目标能力目标针对目标产品，针对目标产品，熟练选择合适的熟练选择合适的萃取体系对目标萃取体系对目标产品进行萃取分产品进行萃取分离。离。第一节第一节 概述概述 萃取目的：目萃取目的：目标物质的

2、净化或精标物质的净化或精制制第一节第一节 概述概述一、萃取分离原理一、萃取分离原理 萃取过程是根据在两个不相混溶的相萃取过程是根据在两个不相混溶的相中各种组分（包括目的产物）的溶解度或中各种组分（包括目的产物）的溶解度或分配比不同，利用适当的溶剂和方法，从分配比不同，利用适当的溶剂和方法，从原料中把有效成分分离出来的过程。原料中把有效成分分离出来的过程。 水相水相有机相有机相利用溶剂对待分离组分有较高利用溶剂对待分离组分有较高的溶解能力而进行的萃取的溶解能力而进行的萃取第一节第一节 概述概述物理萃取物理萃取溶剂首先有选择性地与溶质化溶剂首先有选择性地与溶质化合或络合，从而在两相中重新合或络合，

3、从而在两相中重新分配而达到分离分配而达到分离化学萃取化学萃取一、萃取分离原理一、萃取分离原理第一节第一节 概述概述一、萃取分离原理一、萃取分离原理溶质溶质原溶剂原溶剂萃取剂萃取剂萃余相萃余相萃取相萃取相hCCK/1萃取前萃取前萃取后萃取后二、萃取体系二、萃取体系（一）液（一）液-液萃取液萃取单级萃取单级萃取二、萃取体系二、萃取体系（二）固体浸取（二）固体浸取 固体浸取或固液萃取是用溶剂将固体原料中的可溶固体浸取或固液萃取是用溶剂将固体原料中的可溶组分提取出来的操作。溶质是浸取所需的可溶组分，组分提取出来的操作。溶质是浸取所需的可溶组分，在溶剂中不溶解的固体，称为载体或惰性物质在溶剂中不溶解的固

4、体，称为载体或惰性物质。二、萃取体系二、萃取体系（三）固相萃取（三）固相萃取 通过溶质在固体萃取剂表面与在溶液体系中的分配通过溶质在固体萃取剂表面与在溶液体系中的分配比或作用特性不同，将所需活性物质由体系中转移至比或作用特性不同，将所需活性物质由体系中转移至固体表面，再通过适当的洗脱手段回收固体表面的活固体表面，再通过适当的洗脱手段回收固体表面的活性物质，也可以通过固相萃取的方法将在固相萃取剂性物质，也可以通过固相萃取的方法将在固相萃取剂表面分配比或作用力强的杂质吸附至固相萃取剂的表表面分配比或作用力强的杂质吸附至固相萃取剂的表面，而净化含生物活性物质的溶液。面，而净化含生物活性物质的溶液。

5、二、萃取体系二、萃取体系（三）固相萃取（三）固相萃取正相硅胶、正相硅胶、表面键合表面键合十八烷基十八烷基的硅胶、的硅胶、键合了键合了CN-CN-基的硅胶基的硅胶二、萃取体系二、萃取体系（三）固相萃取（三）固相萃取萃取剂与体系中使萃取剂与体系中使用的溶剂不互溶或用的溶剂不互溶或互溶性极小互溶性极小溶质在萃取剂和溶溶质在萃取剂和溶剂间的分配比差别剂间的分配比差别足够大足够大萃取剂来源广泛，萃取剂来源广泛，价格低廉，操作价格低廉，操作安全安全第二节第二节 选择萃取分离体系的注意事项选择萃取分离体系的注意事项一、萃取剂的选择一、萃取剂的选择萃取剂对溶质的破萃取剂对溶质的破坏作用小，对杂质坏作用小，对杂

6、质不溶解或溶解度很不溶解或溶解度很小小二、使溶质发生变化二、使溶质发生变化乙酸钠乙酸钠1.离子对发生改变离子对发生改变氯化正氯化正丁胺丁胺KD=1.3CHCl3H2O乙酸正乙酸正丁胺丁胺KD=132CHCl3H2O三、三、pH 1.pH影响弱酸或弱碱性药物的分离系数；影响弱酸或弱碱性药物的分离系数； 2.pH也影响药物的稳定性。也影响药物的稳定性。四、溶剂的极性和离子强度四、溶剂的极性和离子强度1.中性盐与水分子结合，降低了药物在水中的溶中性盐与水分子结合，降低了药物在水中的溶解度，使其容易转入有机相；解度，使其容易转入有机相；2.中性盐降低有机溶剂在水中的溶解度；中性盐降低有机溶剂在水中的溶

7、解度；3.中性盐增大萃余相比重，有助于分相。中性盐增大萃余相比重，有助于分相。4.常用盐溶液为常用盐溶液为NaCl,浓度为浓度为0.15mol/L。 五、温度和萃取时间五、温度和萃取时间1.高温时药物不稳定；高温时药物不稳定；2.高温时溶剂间互溶度增大。高温时溶剂间互溶度增大。 乳化和破乳化（补充）乳化和破乳化（补充） 由于液由于液- -液萃取过程中剧烈振动，经常发生液萃取过程中剧烈振动，经常发生乳化现象，特别是那些含脂肪的样品。乳化现象，特别是那些含脂肪的样品。原因：体系的性质、离子浓度、原因：体系的性质、离子浓度、有机相粘度、萃取温度、有机相粘度、萃取温度、pHpH等。等。温度越低，有机相

8、粘度越大，温度越低，有机相粘度越大，离子浓度越高越易产生乳化。离子浓度越高越易产生乳化。 离心法破乳。2000rmin，2min； 无水硫酸钠研磨法破乳； 蒸干法，蒸干后，再用有机溶剂萃取。不适用挥发性物质的萃取。 电解质破乳。加入无机盐，通过提高体系中水相的比重使两相分层； 破乳率与加入电解质的量成正比。 lmolL的盐酸； 无水乙醇溶解两相液滴； 无水硫酸钠漏斗过滤。 玻璃棒搅动，削弱吸附作用； 静置一定的时间后，可自然分层。因为乳浊液是液体杂质以微小珠滴散布在液体溶剂中的一种分散体系，是热力学不稳定体系。六、其他注意事项六、其他注意事项（一）搅拌（一）搅拌（二）氧化（加入还原剂）（二）氧

9、化（加入还原剂）（三）金属离子（无离子水配液；加（三）金属离子（无离子水配液；加EDTA）（四）水解酶（使酶失活：（四）水解酶（使酶失活：pH、离子强度、极、离子强度、极性；加酶抑制剂：苯甲基磺酰氟化物、抑胃肽性；加酶抑制剂：苯甲基磺酰氟化物、抑胃肽 、 二乙胺四乙酸钠二乙胺四乙酸钠 、半胱氨酸酶抑制剂）、半胱氨酸酶抑制剂）（五）抽提液与抽提物的比例（五）抽提液与抽提物的比例（5:1）物系的稳定性和萃取设备中的停留时间物系的稳定性和萃取设备中的停留时间1溶剂物系的澄清特性溶剂物系的澄清特性2需要的理论级数需要的理论级数3设备投资费和维修费设备投资费和维修费4设备装置所占的场地面积和建筑高度设备

10、装置所占的场地面积和建筑高度5处理量和通量处理量和通量6各种萃取设备的特性各种萃取设备的特性7系统的物理性质系统的物理性质8第三节第三节 液液- -液萃取设备选择原则液萃取设备选择原则萃取设备选择萃取设备选择科科研研情情况况 近三年近三年处理量小：填料塔、脉冲塔处理量小：填料塔、脉冲塔处理量较大：筛板塔、处理量较大：筛板塔、转盘塔、混合澄清设备转盘塔、混合澄清设备 停留时间短：离心萃取设备停留时间短：离心萃取设备萃取设备选择萃取设备选择停留时间长：混合澄清设备停留时间长：混合澄清设备 第四节第四节 几种萃取技术介绍几种萃取技术介绍一、超临界萃取一、超临界萃取 超临界流体（超临界流体（SCFSC

11、F）是指在临界温度和临是指在临界温度和临界压力以上的流体。界压力以上的流体。高于临界温度和临界高于临界温度和临界压力而接近临界点的压力而接近临界点的状态称为超临界状态。状态称为超临界状态。处于超临界状态时，处于超临界状态时，气液两相性质非常接气液两相性质非常接近，以至于无法分辨，近，以至于无法分辨，故称之为故称之为SCFSCF。一、超临界萃取一、超临界萃取第四节第四节 几种萃取技术介绍几种萃取技术介绍SCF 1 密度密度类似液体，因而溶剂化能力很强，压力和温度类似液体，因而溶剂化能力很强，压力和温度微小变化可导致其密度显著变化微小变化可导致其密度显著变化2 粘度粘度接近于气体接近于气体,具有很

12、强传递性能和运动速度具有很强传递性能和运动速度3 扩散系数扩散系数比气体小，但比液体高一到两个数量级；比气体小，但比液体高一到两个数量级； 4 SCF的的介电常数，极化率和分子行为介电常数，极化率和分子行为与气液两相均与气液两相均有着明显的差别有着明显的差别;5 压力和温度的变化均可改变相变压力和温度的变化均可改变相变 超临界流体的主要特性超临界流体的主要特性物理特征物理特征 密度密度 粘度粘度 扩散系数扩散系数 气体气体10-310-5 10-1 液体液体110-310-5 SCF 0.1-0.510-4 10-510-3SCFSCF：密度密度接近于液体密度，萃取能力与液体相当；低粘度和高扩

13、散系数与气体相似，有利于传质。 SCFSCF溶于液相，降低了与之相平衡的液相粘度和溶于液相，降低了与之相平衡的液相粘度和表面张力，并提高其扩散系数，这些性质都有利于流表面张力，并提高其扩散系数，这些性质都有利于流体萃取，尤其有利于体萃取，尤其有利于传质占主导地位传质占主导地位的分离过程。的分离过程。 超临界流体具超临界流体具有选择性溶解物质有选择性溶解物质的能力，并随着临的能力，并随着临界条件（界条件（T，P）而而变化。超临界流体变化。超临界流体可从混合物中有选可从混合物中有选择地溶解其中的某择地溶解其中的某些组分，然后通过些组分，然后通过减压、升温或吸附减压、升温或吸附将其分离析出。将其分离

14、析出。 基本原理基本原理为什么选用二氧化碳？二氧化碳？ 温和的临界条件：温和的临界条件：Tc=31.1，Pc=7.2MPa 无毒，无残留无毒，无残留 阻燃，隔绝空气，防止氧化阻燃，隔绝空气，防止氧化 价廉易得价廉易得 萃取效率高萃取效率高（一）双水相萃取法概述（一）双水相萃取法概述 1.双水相萃取法基本原理双水相萃取法基本原理二、双水相萃取二、双水相萃取4.9%PEG1.8% Dextran93.3 %H2O2.6%PEG7.3% Dextran90.1 %H2O5%葡聚糖葡聚糖500和和3.5%PEG6000系统所形成的系统所形成的双水相的组成双水相的组成（W/V）两种高聚物水溶液混两种高聚

15、物水溶液混合：合：（1 1）互不相溶）互不相溶（2 2）复合凝聚）复合凝聚（3 3）完全互溶）完全互溶2.双水相萃取的特点双水相萃取的特点（1）含水量）含水量70%90%，萃取条件接近生理环境的，萃取条件接近生理环境的温度和体系，不会引起生物活性物质活性丧失；温度和体系，不会引起生物活性物质活性丧失；（2）分相时间短，自然分相时间一般为）分相时间短，自然分相时间一般为515min；（3） 界面张力小界面张力小(10-710-4mN/m)，有助于强化相，有助于强化相际间的质量传递；际间的质量传递；（4） 不存在有机溶剂残留问题；不存在有机溶剂残留问题；（5） 大量杂质能与所有固体物质一同除去，分

16、离过大量杂质能与所有固体物质一同除去，分离过程经济；程经济；（6） 易于工程放大和连续操作。易于工程放大和连续操作。特别适用于生物大分子好细胞粒子的分离纯化。特别适用于生物大分子好细胞粒子的分离纯化。2.双水相萃取体系双水相萃取体系 溶质在两水相间的分配可用分配系数溶质在两水相间的分配可用分配系数K K来表示：来表示： 分配系数分配系数K K与溶质的浓度和相体积比与溶质的浓度和相体积比无关，它主要取决于相系统的性质、被萃无关，它主要取决于相系统的性质、被萃取物质的表面性质和温度。取物质的表面性质和温度。Kctcb（二）影响双水相萃取的因素（二）影响双水相萃取的因素 式中式中elel、hfobh

17、fob、biospbiosp、sizesize和和confconf分别表分别表示电化学电位、疏水反应、生物亲和力、粒子大示电化学电位、疏水反应、生物亲和力、粒子大小和构象效应对分配系数的贡献，而小和构象效应对分配系数的贡献，而KoKo包括其他包括其他一些影响因素。一些影响因素。 lnK=lnKo+lnKel+lnKhfob+lnKbiosp+lnKsize+lnKconf1.成相高聚物浓度成相高聚物浓度-界面张力界面张力 一般来说，双水相萃取时，如果相系统一般来说，双水相萃取时，如果相系统组成位于临界点附近，则蛋白质等大分子的分组成位于临界点附近，则蛋白质等大分子的分配系数接近于配系数接近于1

18、。高聚物浓度增加，系统组成。高聚物浓度增加，系统组成偏离临界点，蛋白质的分配系数也偏离偏离临界点，蛋白质的分配系数也偏离1，即，即K1或或K1。 2.成相高聚物的相对分子质量成相高聚物的相对分子质量 一般原则：对于给定的相系统，如果一种高聚物一般原则：对于给定的相系统，如果一种高聚物被低相对分子质量的同种高聚物所代替，被萃取的被低相对分子质量的同种高聚物所代替，被萃取的大分子物质，如蛋白质、核酸、细胞粒子等，将有大分子物质，如蛋白质、核酸、细胞粒子等，将有利于在低相对分子质量高聚物一侧分配。利于在低相对分子质量高聚物一侧分配。 PEG-PEG-DextranDextran系统中，系统中，PEG

19、PEG相对分相对分子质量降低或子质量降低或DextranDextran相对分子质量相对分子质量增大，蛋白质分配系数将增大；相反增大，蛋白质分配系数将增大；相反亦然。当其他条件不变，被分配的蛋亦然。当其他条件不变，被分配的蛋白质易被相系统中白质易被相系统中低相对分子质量低相对分子质量高高聚物所吸引，而易被高相对分子质量聚物所吸引，而易被高相对分子质量高聚物所排斥。高聚物所排斥。 4.9%PEG1.8% Dextran93.3 %H2O2.6%PEG7.3% Dextran90.1 %H2O 分配系数变化的大小主要由被分配物分配系数变化的大小主要由被分配物质的相对分子质量决定。质的相对分子质量决定

20、。 3.电化学分配电化学分配4.疏水效应疏水效应5.生物亲和分配生物亲和分配温度的影响是间接的，它主要影响相的高聚物组温度的影响是间接的，它主要影响相的高聚物组成，只有当相系统组成位于临界点附近时，温度对成，只有当相系统组成位于临界点附近时，温度对分配系数才具有较明显的作用。分配系数才具有较明显的作用。界面电位为零时，即界面电位为零时，即K K与与pHpH无关。无关。6. .温度及其他因素温度及其他因素成相高聚物偶联生物亲和配基后，对生物大分子成相高聚物偶联生物亲和配基后，对生物大分子的的K影响很显著。但在双水相萃取过程中，生物大影响很显著。但在双水相萃取过程中，生物大分子分子K的变化并不显著

21、，这是因为在双水相萃取体的变化并不显著，这是因为在双水相萃取体系中，由于亲和作用所形成的复合物会影响到高聚系中，由于亲和作用所形成的复合物会影响到高聚物本身的分配以及所要萃取的活性物质与各相的接物本身的分配以及所要萃取的活性物质与各相的接触表面，这会导致触表面，这会导致K减小。此外，成相高聚物自身减小。此外，成相高聚物自身的聚合作用也会降低亲和分配的效果。的聚合作用也会降低亲和分配的效果。（三）双水相萃取的应用（三）双水相萃取的应用应用应用213双水相萃取核酸双水相萃取核酸 分离和提取各分离和提取各种蛋白质种蛋白质( (酶酶) ) 提取抗生素和提取抗生素和分离生物粒子分离生物粒子 （一）反相胶

22、束的形成及特性（一）反相胶束的形成及特性 三、反相胶束萃取三、反相胶束萃取 反相胶束（反相胶束（reversed micelle，或称，或称inverse micelle）是表面活性剂在非极性有机溶剂（或亲脂）是表面活性剂在非极性有机溶剂（或亲脂性溶剂）中形成的一种微小聚集体（性溶剂）中形成的一种微小聚集体（aggregate）。）。 将表面活性剂溶于水中，当将表面活性剂溶于水中，当其浓度超过临界胶束浓度时，其浓度超过临界胶束浓度时，表面活性剂就会在水溶液中表面活性剂就会在水溶液中聚集在一起而形成聚集体，聚集在一起而形成聚集体，在通常情况下，这种聚集体在通常情况下，这种聚集体是水溶液中的胶束，称为正是水溶液中的胶束，称为正常胶束。在胶束中，表面活常胶束。在胶束中，表面活性剂的排列方向是极性基团性剂的排列方向是极性基团在外，与水接触，非极性基在外，与水接触，非极性基团在内，形成一个非极性的团在内，形成一个非极性的核心、在此核心可以溶解非核心、在此核心可以溶解非极性物质。极性物质。 若将表面活性剂溶于非极性的有机溶剂中，并使若将表面活性剂溶于非极性的有机溶剂中，并使其浓度超过临界胶束浓度其浓度超过临界胶束浓度，便会在有机溶剂内形便会在有机溶剂内形成聚集体，这种