第五章 溶剂萃取和浸取

萃取剂 萃取液
Light phase
溶质
杂质
HeavБайду номын сангаас phase
萃余液 原溶剂
溶剂萃取的优点
比沉淀法分离程度高； （1）比沉淀法分离程度高； （2）比离子交换法选择性好、传质速度快； 比离子交换法选择性好、传质速度快； 比蒸馏法能耗低； （3）比蒸馏法能耗低； 生产能力大，周期短，便于连续操作， （4）生产能力大，周期短，便于连续操作， 容易实现自动化控制。 容易实现自动化控制。
水相条件的影响——温度 温度 水相条件的影响
萃取速度： 分子扩散速度↑ T影响萃取速度：T↑→分子扩散速度↑ 影响萃取速度 T↑→分子扩散速度 分配系数： T影响分配系数： 影响分配系数 红霉素、螺旋霉素― 水中的溶解度↑ 例：红霉素、螺旋霉素― T↑→ 水中的溶解度↑ 两溶剂的互溶度： 两溶剂的互溶度↑ T影响两溶剂的互溶度：T↑→两溶剂的互溶度↑ 影响两溶剂的互溶度 T↑→两溶剂的互溶度 生化物质在较高温度时都不稳定 一般萃取在室温或较低温度下进行。 一般萃取在室温或较低温度下进行。
溶剂的介电常数
好的萃取剂应满足以下几点要求 好的萃取剂应满足以下几点要求
萃取容量大； ① 萃取容量大； 选择性好； ② 选择性好； ③ 有利于相的分散和两相分离，与被萃取相互溶 有利于相的分散和两相分离， 度小，且粘度小； 度小，且粘度小； 易回收和再生； ④ 易回收和再生； 化学稳定性好，不易分解，对设备腐蚀性小； ⑤ 化学稳定性好，不易分解，对设备腐蚀性小； 经济性好，价廉易得； ⑥ 经济性好，价廉易得； 安全性好，沸点高，对人体无毒或低毒。 ⑦ 安全性好，沸点高，对人体无毒或低毒。
4、分配定律和分离因数
分配定律是指在一定条件下，溶质分布在两个互 分配定律是指在一定条件下， 是指在一定条件下 不相溶的溶剂里，达到平衡后， 不相溶的溶剂里，达到平衡后，它在两相的浓度 分配系数K 比为一常数，这个常数称为分配系数 比为一常数，这个常数称为分配系数K。 萃取相浓度/ K = 萃取相浓度/萃余相浓度 = c1/c2 在应用分配定律时，须符合下列条件： 在应用分配定律时，须符合下列条件： 必须是稀溶液； （1）必须是稀溶液； 溶质对溶剂的互溶没有影响； （2）溶质对溶剂的互溶没有影响； 溶质在两相中必须是同一分子类型， （3）溶质在两相中必须是同一分子类型，即不发生 缔合或离解。 缔合或离解。
“相似相溶”原理 相似相溶” 相似相溶
有两方面的相似： 有两方面的相似： 一是分子结构相似，如分子的组成、官能团、 一是分子结构相似，如分子的组成、官能团、 分子结构相似 形态结构的相似； 形态结构的相似； 二是能量（相互作用力）相似， 二是能量（相互作用力）相似，如相互作用力 能量 有极性的和非极性的之分， 有极性的和非极性的之分，两种物质如相互作 用力相近，则能相互溶解。 用力相近，则能相互溶解。
水相条件的影响——带溶剂 带溶剂 水相条件的影响
带溶剂是 带溶剂是指能与产物形成复合物而使产物易溶 于萃取剂中， 于萃取剂中，该复合物在一定的条件下又容易 分解的物质。 分解的物质。 青霉素作为一种酸，可用脂肪碱作为带溶剂， 如青霉素作为一种酸，可用脂肪碱作为带溶剂， 如能和正十二烷胺、 如能和正十二烷胺、四丁胺等形成复合物而溶 于氯仿中，这样萃取收率能够提高。 于氯仿中，这样萃取收率能够提高。
溶剂的互溶性规律
AB型溶剂因氢键结合形式不同又可分为三类： AB型溶剂因氢键结合形式不同又可分为三类： 型溶剂因氢键结合形式不同又可分为三类 AB(1)型 交链氢键缔合溶剂， AB(1)型：交链氢键缔合溶剂，如水 AB(2)型：直链氢键缔合溶剂 AB(2)型 AB(3)型 生成内氢键分子，AB(3)型溶剂的氢 AB(3)型：生成内氢键分子，AB(3)型溶剂的氢 键性质与N型或B型相似。 键性质与N型或B型相似。 由于形成氢键的过程是释放能量的过程，如果两种 由于形成氢键的过程是释放能量的过程，如果两种 溶剂混合后形成的氢键比混合前增加或强度更大， 溶剂混合后形成的氢键比混合前增加或强度更大， 有利于互溶，否则不利于互溶。 则有利于互溶，否则不利于互溶。
2、溶剂的互溶性规律
物质分子之间的作用力与物质种类有关， 物质分子之间的作用力与物质种类有关，作用 包括较强的氢键力 较弱的范德华力。 较强的氢键力和 力包括较强的氢键力和较弱的范德华力。 氢键力： —H‥‥B 氢键力：A—H‥‥B 接受电子的部分A H 接受电子的部分A—H，即电子受体 给出电子的部分B 给出电子的部分B，即电子供体
分离因数β 分离因数
如果料液中除溶质A以外，还有溶质B 萃取剂对溶质A 如果料液中除溶质A以外，还有溶质B。萃取剂对溶质A 分离因数β 分离能力的大小可用分离因数 来表征： 和B分离能力的大小可用分离因数β来表征： β = (c1A/c1B)/(c2A/c2B) = (c1A/c2A)/(c1B/c2B) = KA/KB 如果A是产物， 为杂质，分离因数为： 如果A是产物，B为杂质，分离因数为：β = K产/K杂 越大， 的分离效果越好，即产物与杂质越容易分离。 β越大，A、B的分离效果越好，即产物与杂质越容易分离。
溶剂互溶图
3、溶剂的极性
溶剂萃取的关键是溶剂的选择， 选择的依据是 溶剂萃取的关键是溶剂的选择，而选择的依据是 相似相溶”原理。 “相似相溶”原理。 介电常数是一个化合物摩尔极化程度的量度。 介电常数是一个化合物摩尔极化程度的量度。 物质的介电常数ε 物质的介电常数ε可通过测定该物质在电容器二 级板间的静电容量C来决定，如果C 级板间的静电容量C来决定，如果C0是没有介质时 的同一电容器的电容， 的同一电容器的电容，则：ε= C/C0 根据萃取目标物质的介电常数， 根据萃取目标物质的介电常数，寻找极性相近的 溶剂作为萃取溶剂，萃取效果好。 溶剂作为萃取溶剂，萃取效果好。
水相条件的影响——盐析 盐析 水相条件的影响
盐析剂可使生化物质在水中溶解度↓ 盐析剂可使生化物质在水中溶解度↓ 生化物质在水中溶解度 盐析剂可使两相密度差↑，两相互溶度↓ 盐析剂可使两相密度差↑ 两相互溶度↓ 两相密度差 例如，提取维生素B 例如，提取维生素B12时加入硫酸铵 提取青霉素时加入氯化钠 盐析剂的用量要适当 盐析剂的用量要适当
（3）溶质质点B进入溶剂A形成的空位 溶质质点B进入溶剂A
溶质的质点B进入溶剂A形成的空位，溶质分子B 溶质的质点B进入溶剂A形成的空位，溶质分子B与 溶剂分子A之间也存在相互作用力。 溶剂分子A之间也存在相互作用力。 此过程放出能量。 此过程放出能量。 放出能量 放出能量的大小有以下规律： 放出能量的大小有以下规律： 均为非极性分子＜一非极性分子、 A、B均为非极性分子＜一非极性分子、另一极性 分子＜均为极性分子＜ 分子＜均为极性分子＜B被A溶剂化 溶剂化也称为溶剂合化， 溶剂化也称为溶剂合化，是指一定数目的溶剂分 也称为溶剂合化 子较牢固地结合在溶质质点上。 子较牢固地结合在溶质质点上。
（2）溶剂A在溶质B的作用下形成可容 溶剂A在溶质B 纳B质点的空位
在溶质B 在溶质B的影响下溶剂分子相互作用形成可容纳 质点的空位。 B质点的空位。 这个过程需要吸收能量，它的大小与溶剂分子A 这个过程需要吸收能量，它的大小与溶剂分子A 吸收能量 之间的相互作用力有关。 之间的相互作用力有关。 溶剂A吸收能量的一般顺序与前面的相同： 溶剂A吸收能量的一般顺序与前面的相同： 非极性物质＜极性物质＜ 非极性物质＜极性物质＜氢键物质 这个能量还与溶质分子B的大小有关。 这个能量还与溶质分子B的大小有关。
二、工业萃取方式和理论收得率
工业上萃取操作通常包括三个步骤： 工业上萃取操作通常包括三个步骤： 混合（混合器）：料液和萃取剂密切接触； ）：料液和萃取剂密切接触 （1）混合（混合器）：料液和萃取剂密切接触； 分离（分离器）：萃取相与萃余相分离； ）：萃取相与萃余相分离 （2）分离（分离器）：萃取相与萃余相分离； 溶剂回收（回收器）： ）：萃取剂从萃取相中除 （3）溶剂回收（回收器）：萃取剂从萃取相中除 并加以回收。 去，并加以回收。
形成氢键必须有
溶剂的互溶性规律
根据生成氢键的能力，可将溶剂分成四种类型： 根据生成氢键的能力，可将溶剂分成四种类型： 型溶剂：不能形成氢键，如烷烃、四氯化碳、 （1）N型溶剂：不能形成氢键，如烷烃、四氯化碳、 苯等，称为惰性溶剂 惰性溶剂。 苯等，称为惰性溶剂。 型溶剂：只有电子受体的溶剂，如氯仿、 （2）A型溶剂：只有电子受体的溶剂，如氯仿、二氯 甲烷等，能与电子供体形成氢键。 甲烷等，能与电子供体形成氢键。 型溶剂：只有电子供体的溶剂，如酮、 （3）B型溶剂：只有电子供体的溶剂，如酮、醛、醚、 酯等。 酯等。 AB型溶剂 同时具有电子受体 型溶剂： 电子受体A H和供体B （4）AB型溶剂：同时具有电子受体A—H和供体B的溶 可缔合成多聚分子。 剂，可缔合成多聚分子。
从能量变化角度把溶解过程分为三个过程
溶质B （1）溶质B各质点的分离 溶剂A在溶质B的作用下形成可容纳B （2）溶剂A在溶质B的作用下形成可容纳B质点 的空位 溶质质点B进入溶剂A （3）溶质质点B进入溶剂A形成的空位
（1）溶质B各质点的分离 溶质B
原先是固态或液态的溶质B 原先是固态或液态的溶质B，先分离成分子或离 子等单个质点。 子等单个质点。 这个过程需要吸收能量，能量的大小与分子之间 这个过程需要吸收能量， 吸收能量 的作用力有关。 的作用力有关。 溶质B吸收能量的一般顺序为： 溶质B吸收能量的一般顺序为： 非极性物质＜极性物质＜氢键物质＜ 非极性物质＜极性物质＜氢键物质＜离子型物质
水相条件的影响——pH值 pH值 5、水相条件的影响 pH
pH值影响分配系数 pH值影响分配系数 值影响 例如，红霉素在pH=9.8 pH=9.8时 例如，红霉素在pH=9.8时，在乙酸戊酯与水相的分配系 数等于44.7 而在pH=5.5 44.7； pH=5.5时 等于14.4 14.4。 数等于44.7；而在pH=5.5时，等于14.4。 pH值影响选择性 pH值影响选择性 值影响 如酸性抗生素一般在酸性下萃取到有机溶剂， 如酸性抗生素一般在酸性下萃取到有机溶剂，而碱性杂 质则成盐而留在水相；如为酸性杂质， 质则成盐而留在水相；如为酸性杂质，则应根据其酸性 的强弱，选择合适的pH pH值 以尽最大可能除去杂质。 的强弱，选择合适的pH值，以尽最大可能除去杂质。 pH值应尽量选择在使生化物质稳定的范围内 pH值应尽量选择在使生化物质稳定的范围内 值应尽量选择在使生化物质稳定