液液萃取文稿演示

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优选液液萃取
第3章 液液萃取
第一节 基本概念及分配定律 1、基本概念
1.1 萃取 萃取剂：萃取操作中至少有一相为流体，称
该流体为萃取剂。 萃取过程中，离开液-液萃取器的萃取剂相
为萃取液；经萃取剂相接触后离开的料液相称 为萃余液（残液）。
萃取过程
萃取剂S
原料液 A+B
萃取相E
1
图11－1 萃取过程示意图 1－ 混 合 器 ； 2－ 分 层 器
(2) 中性溶剂络合萃取 被萃取物是中性分子， 萃取剂也是中性分子，萃取剂与被萃取物结合为 中性溶剂络合物而进入有机相。主用采用中性磷 化合物萃取剂和含氧有机萃取剂进行的萃取过程 。
萃取体系的分类
(3) 酸性阳离子交换萃取 萃取剂是一弱酸性有机酸或酸 性螯合剂。金属离子在水相中以阳离子或能解离为阳离子 的络离子的形式存在，金属离子与萃取剂反应生成中性螯 合物。这类过程具有高度的选择性，所以应用极为广泛。 这类萃取剂分为三类：酸性磷萃取剂、螯合萃取剂和羧酸 类萃取剂。
❖胺类萃取剂一般适用于无机酸、金属离子 的萃取。另外，胺类萃取剂属于Lewis碱， 利用它的弱碱特性，可实现对有机羧酸、 酚类等的萃取分离。
液液萃取过程的影响因素
❖ 萃取剂的影响与选择原则 (1) 萃取剂的选择性与选择系数 (2) 萃取剂与原溶剂的互溶度 (3) 萃取剂的物理性质 (4) 萃取剂的化学性质 (5) 萃取剂的回收 (6) 萃取剂的价格，对设备的腐蚀性和安全性。
2 萃余相R
物理萃取
❖物理萃取：溶质根据相似相容的原理在两 相间达到分配平衡，萃取剂与溶质间不发 生化学反应。
例如：利用醋酸戊酯萃取发酵液中的青 霉素；
应用:石油化工和抗生素及天然植物中有 效成分的提取过程。
化学萃取
❖化学萃取：利用脂溶性萃取剂与溶质之间 的化学反应生成脂溶性复合分子实现溶质 向有机相的分配。萃取剂与溶质之间的化 学反应包括离子交换和络合反应等。
酸、硫醇
2
醇、水
3
多盐杆菌的活性氢
4
结合氢的受体
酮、二取代基胺、砜、
氢 化 氧 磷 （ p h o sp h in e o x id e ）
5
叔胺
6
仲胺பைடு நூலகம்
7
伯胺、氨、无取代基的氨基化物 8
醚、氧化物、亚砜
液液萃取的平衡关系
❖ 溶解度曲线、联结线及临界混溶点
液液萃取的平衡关系
❖ 杠杆规则
分配定律
❖ 分配定律：在恒温恒压条件下，溶质在互不相溶 的两相中达到分配平衡时，如果其在两相中的相 对分子质量相等,则其在两相中的平衡浓度之比为 常数，这个常数称为分配系数
kAA A在 在 萃 萃 取 余 相 相 中 中 的 的 浓 浓 度 度 xyA A
❖ 适用条件：相同分子形态存在于两相中的溶 质的浓度之比。不适合化学萃取，固体溶质在各 相中并非以同一种分子状态存在。
分配曲线与平衡联结线的关系
❖ 分配系数与分配曲线
选择性系数
❖ 如果原料中有两种溶质，A(产品)与B（杂质）， 由于溶质A、B的分配系数不同，这样经萃取后A 和B得到了一定程度的分离，产品的纯度提高。 溶剂对溶质A、B分离能力的大小用选择性系数来 表示。
萃取剂大致可以分为4类：1.中性络合萃取剂，如醇、酮 、醚、酯、醛及烃类；2.酸性萃取剂，如羧酸、磺酸、酸 性磷酸酯等；3.螯合萃取剂，如羟肟类化合物；4.离子对 (胺类)萃取剂，主要是叔胺和季铵盐。
案例
❖ 伯、仲、叔胺分子中的氮原于具有孤对电子，能 和无机酸的H+离子以稳定的配位键形成相应的铵 盐。这些铵盐和季铵盐中的阴离子与水相中的金 属络合阴离子发生交换，使被萃取物进入有机相 。因此，这种萃取机理主要是阴离子交换反应。
(4) 离子络合萃取 被萃取物通常是金属以络合阴离子形 式进入有机相，即金属离子在水相中形成络合阴离子，萃 取剂与氢离子结合成阳离子，然后两者构成离子缔合体系 进入有机相；或金属阳离子与中性螯合剂合成螯合阳离子 ，然后与水相存在的阴离子构成离子缔合体系而进入有机 相。
液液萃取的平衡关系
❖ 三角形相图
kA yA / xA
kB yB / xB
β为选择性系数，或称分离因数，β值的大小反映 了萃取分离的效果。
萃取率
❖萃取率是表示在萃取过程中被萃取组 分从原溶液相转入萃取相得数量，即 萃取的完全程度，通常用E表示：
EA A 在 在 原 萃 料 取 液 相 中 中 的 的 总 量 量 100%
分配系数
萃取剂的搜寻方法
萃取剂的搜寻方法： (1) 搜寻数据库。
(2) 主要筛选方法： a) 选择同系物为萃取剂，b）罗宾斯表，c）氢
键， d）极性作用， e) 特定萃取剂的认定。
溶质-溶剂基团相互作用的罗宾斯表
表 4-1 溶 质 — 溶 剂 基 团 相 互 作 用 的 罗 宾 斯
基团
结合氢的给予体
酚
1
一个完整的萃取过程中，常在萃取和反萃取操 作之间增加洗涤操作，目的是除去与目标产物同 时萃取到有机相的杂质，提高反萃液中目标产物 的纯度。
萃取体系的分类
❖ 萃取过程机理主要有以下四种类型：
(1) 简单分子萃取 被萃取组分以一种简单分子 的形式在两相间物理分配。它在两相中均以中性 分子形式存在，溶剂与被萃取组分之间不发生化 学反应。
稀释剂：化学萃取中通常用煤油、己烷 、四氯化碳和笨等有机溶剂溶解萃取剂， 改善萃取相的物理性质，此时的有机溶剂 称为稀释剂。
应用:金属的提取，也可用于氨基酸、 抗生素和有机酸等生物产物的分离回收。
反萃取
❖ 反萃取：当完成萃取操作后，为进一步纯化目标 产物或便于下一步分离操作的实施，而调节水相 条件，将目标产物从有机相转入水相的萃取操作 即为反萃取。
❖ 当生物产品浓度很低时，可表示成Henry型平衡 关系：
y kx
❖ 当溶质浓度很高时，用Langmuir型平衡关系：
y k1x k2 x
液液萃取过程的影响因素
❖ 萃取剂 用作萃取剂的有机溶剂必须具备两个条件：1.萃取剂分子 至少有一个萃取功能基，通过它与被萃取物结合形成萃合 物。常见的萃取功能基是O、N、P、S等原子。2. 萃取剂 分子中必须有相当长的链烃或芳烃，其目的是使萃取剂及 萃合物易溶于有机溶剂，而难溶于水相。但如果碳链过长 、分子量太大，则粘度太大，使用不便。