第五章萃取技术
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化工原理第五章 萃取
图 连结线斜率的变化
二.相平衡关系在三角形相图上的表示方法
1.溶解度曲线与联接线 一定温度下，测定体 系的溶解度曲线时，实验 测出的联结线的条数（即 共轭相的对数）总是有限 的，此时为了得到任何已 知平衡液相的共轭相的数 据，常借助辅助曲线（亦 称共轭曲线） 。
图 辅助曲线
2.辅助曲线和临界混溶点
第二节
液液相平衡
一. 三角形坐标图及杠杆规则 1.三角形坐标图 等边三角形 等腰直角三角形 不等腰直角三角形
一般而言，在萃取过程中很少遇到恒摩尔流的简化情况， 故在三角形坐标图中混合物的组成常用质量分数表示。 习惯 上，在三角形坐标图中，AB边以A的质量分率作为标度，BS 边以B的质量分率作为标度，SA边以S的质量分率作为标度。 三角形坐标图的每个顶点分别代表一个纯组分，即顶点A表示 纯溶质A，顶点B表示纯原溶剂（稀释剂）B，顶点S表示纯萃 取剂S。 三角形坐标图三条边上的任一点代表一个二元混合 物系，第三组分的组成为零。例如AB边上的E点，表示由A、 B组成的二元混合物系，由图可读得：A的组成为0.40，则B 的组成为（1.0-0.40）= 0.60，S的组成为零。
3. 分配系数和分配曲线
（1）分配系数 一定温度下，某组分在互相平衡的 E 相与 R 相中的组成之比称为该组分的分配系数，以 yA k表示，即溶质A
kA
yB 原溶剂B k B xB
xA
式中 yA、yB ——萃取相E中组分A、B的质量分数； xA、xB——萃余相R中组分A、B的质量分数。
分配系数kA表达了溶质在两个平衡液相中的分
第五章
▲ 第一节 概述
萃取
▲ 第二节 液液相平衡 ▲ 第三节 萃取分离效果及主要影响因数
▲ 第四节 萃取过程的计算
生物工程下游技术-第五章_萃取技术
上层为萃取相，富含目的产物，送去蒸馏回收溶剂和产物进一步精制； 下一层为萃余相，含目的产物浓度比新鲜料液低得多，送第二级萃取； 如此经三级萃取后，最后一级的萃余相作为废液排走。
三、萃取分离设备
萃取操作过程及设备
液-液萃取设备包括三个部分：混合设备、分离设备和溶 剂回收设备。混合设备是真正进行萃取的设备，它要求料液 与萃取剂充分混合形成乳浊液，欲分离的生物产品自料液转 入萃取剂中。分离设备是将萃取后形成的萃取相和萃余相进 行分离。溶剂回收设备需要把萃取液中的生物产品与萃取溶 液分离并加以回收。混合通常在搅拌罐中进行，也可将料液 与萃取剂在管道内以很高速度混合，称管道萃取，也有利用 喷射泵进行涡流混合，称喷射萃取。
Light phase 萃取剂
Heavy phase
溶剂萃取概述
杂质
溶质
原溶剂
萃取的基本概念
溶剂萃取概述
①萃取 : 溶质从料液转移到萃取剂的过程。
②反萃取：溶质从萃取剂转移到反萃剂的过程。
在完成萃取操作后，为进一步纯化目标产物或便于下一步 分离操作的实施，将目标产物从有机相转入水相的操 作就称为反萃取（Back extraction)
2）乳浊液的破坏措施
物理法：离心、加热，吸附，稀释 化学法：加电解质、其他表面活性剂
* 转型法 加入一种乳化剂，条件： ① 形成的乳浊液类型与原来的相反，使原乳浊液转型 ② 在转型的过程中，乳浊液破坏，控制条件不允许形成 相反的乳浊液， * 顶替法 加入一种乳化剂，将原先的乳化剂从界面顶替出来： ① 形成的乳浊液类型与原来的一致 ② 它本身的表面活性 > 原来的表面活性 ③ 不能形成坚固的保护膜。
常用的去乳化剂： 十 二 烷 基 硫 酸 钠 （ D .S ）， 酸 性 ， 阴 离 子 型 表 面 活 性 剂 溴 代 十 五 烷 基 吡 啶 （ P P B ）， 碱 性 ， 阳 离 子 表 面 活 性 剂
三、萃取分离设备
萃取操作过程及设备
液-液萃取设备包括三个部分：混合设备、分离设备和溶 剂回收设备。混合设备是真正进行萃取的设备，它要求料液 与萃取剂充分混合形成乳浊液，欲分离的生物产品自料液转 入萃取剂中。分离设备是将萃取后形成的萃取相和萃余相进 行分离。溶剂回收设备需要把萃取液中的生物产品与萃取溶 液分离并加以回收。混合通常在搅拌罐中进行，也可将料液 与萃取剂在管道内以很高速度混合，称管道萃取，也有利用 喷射泵进行涡流混合，称喷射萃取。
Light phase 萃取剂
Heavy phase
溶剂萃取概述
杂质
溶质
原溶剂
萃取的基本概念
溶剂萃取概述
①萃取 : 溶质从料液转移到萃取剂的过程。
②反萃取：溶质从萃取剂转移到反萃剂的过程。
在完成萃取操作后，为进一步纯化目标产物或便于下一步 分离操作的实施，将目标产物从有机相转入水相的操 作就称为反萃取（Back extraction)
2）乳浊液的破坏措施
物理法：离心、加热，吸附，稀释 化学法：加电解质、其他表面活性剂
* 转型法 加入一种乳化剂，条件： ① 形成的乳浊液类型与原来的相反，使原乳浊液转型 ② 在转型的过程中，乳浊液破坏，控制条件不允许形成 相反的乳浊液， * 顶替法 加入一种乳化剂，将原先的乳化剂从界面顶替出来： ① 形成的乳浊液类型与原来的一致 ② 它本身的表面活性 > 原来的表面活性 ③ 不能形成坚固的保护膜。
常用的去乳化剂： 十 二 烷 基 硫 酸 钠 （ D .S ）， 酸 性 ， 阴 离 子 型 表 面 活 性 剂 溴 代 十 五 烷 基 吡 啶 （ P P B ）， 碱 性 ， 阳 离 子 表 面 活 性 剂
第五章萃取技术.课件
有机溶剂中胶束 的表面活性剂分子的 疏水尾部向外，而亲 水头部向内，称为反 胶束。
当表面活性剂在有机溶剂中形成 反胶束时，水在有机溶剂中的溶解 度随表面活性剂浓度线性增大。
通过测定有机相中平衡水浓度的 变化，可以确定形成反胶束的最低 表面活性剂浓度。
反胶束的形成是表面活性剂分子 自发形成的纳米尺度的聚集体，是热 力学稳定的体系。
K a AH
（5-3）
其中，Ka为弱酸的解离常数；
[AH]和[A-]分别为游离酸和其酸根离 子的浓度。
如果在有机相中溶质不发生缔和， 仅以单分子形式存在，则游离的单分 子溶质符合分配定律，其分配常数为
Aa
AH
AH
（5-4）
其中，AH 表示有机相中游离酸的
浓度，Aa为游离酸的分配常数。
利用一般的分析方法测得的水 相浓度为游离酸和酸根离子的总 浓度，故为方便起见，用水相总
3．物理萃取和化学萃取
物理萃取
定义：溶质根据相似相溶原理在两相间 达到分配平衡，萃取剂与溶质间不发生 化学反应。
应用：广泛应用于抗生素及天然植物中 有效成分的提取。如利用乙酸丁酯萃取 青霉素。
化学萃取
定义：利用脂溶性萃取剂与溶质的化 学反应生成脂溶性复合分子，使溶质 向有机相分配。
应用：用于氨基酸、抗生素和有机酸 等生物产物的分离回收。
液体
双水相萃取
萃取剂
液固萃取（浸取）
固体原料 超临界流体
液体原料
2．反 萃 取
定义：调节水相条件，将目标产物从有机相 转入水相的操作。
作用：为了进一步纯化目标产物或便于后续 分离操作。
洗涤：常常加在萃取与反萃取操作之间，目 的是除去与目标产物同时萃取到有机相的杂 质，提高反萃取液中目标产物纯度。
当表面活性剂在有机溶剂中形成 反胶束时，水在有机溶剂中的溶解 度随表面活性剂浓度线性增大。
通过测定有机相中平衡水浓度的 变化，可以确定形成反胶束的最低 表面活性剂浓度。
反胶束的形成是表面活性剂分子 自发形成的纳米尺度的聚集体，是热 力学稳定的体系。
K a AH
（5-3）
其中，Ka为弱酸的解离常数；
[AH]和[A-]分别为游离酸和其酸根离 子的浓度。
如果在有机相中溶质不发生缔和， 仅以单分子形式存在，则游离的单分 子溶质符合分配定律，其分配常数为
Aa
AH
AH
（5-4）
其中，AH 表示有机相中游离酸的
浓度，Aa为游离酸的分配常数。
利用一般的分析方法测得的水 相浓度为游离酸和酸根离子的总 浓度，故为方便起见，用水相总
3．物理萃取和化学萃取
物理萃取
定义：溶质根据相似相溶原理在两相间 达到分配平衡，萃取剂与溶质间不发生 化学反应。
应用：广泛应用于抗生素及天然植物中 有效成分的提取。如利用乙酸丁酯萃取 青霉素。
化学萃取
定义：利用脂溶性萃取剂与溶质的化 学反应生成脂溶性复合分子，使溶质 向有机相分配。
应用：用于氨基酸、抗生素和有机酸 等生物产物的分离回收。
液体
双水相萃取
萃取剂
液固萃取（浸取）
固体原料 超临界流体
液体原料
2．反 萃 取
定义：调节水相条件，将目标产物从有机相 转入水相的操作。
作用：为了进一步纯化目标产物或便于后续 分离操作。
洗涤：常常加在萃取与反萃取操作之间，目 的是除去与目标产物同时萃取到有机相的杂 质，提高反萃取液中目标产物纯度。
生化工程下游技术知识课件第五章溶剂萃取和浸取
03
浸取技术简介
浸取技术的原理
01
浸取技术是一种分离和提取固体物料中可溶性组分的方法，其 原理是利用溶剂将固体物料中的可溶性组分溶解，然后通过固
液分离，将溶剂和溶解的组分分离。
02
浸取过程中，溶剂和固体物料在一定条件下充分接触，使可溶 性组分从固体物料表面逐渐扩散到溶剂中，形成浓集。
03
浸取过程通常在常温或加热条件下进行，根据不同物料和 组分的性质选择合适的溶剂和操作条件。
萃取剂的再生与循环使用
01
萃取剂的再生与循环使用是溶 剂萃取技术中的重要环节，通 过再生和循环使用可以降低生 产成本、减少环境污染。
02
萃取剂的再生方法包括蒸馏、 结晶、吸附等，根据不同的萃 取剂和分离需求选择合适的再 生方法。
03
为了实现萃取剂的循环使用， 需要将再生后的萃取剂进行纯 化和浓缩，以便再次用于萃取 过程。
浸取技术的应用领域
矿物浸取
通过浸取技术提取矿物中的有价组分，如铜、 金、银等。
固体废弃物资源化
通过浸取技术提取固体废弃物中的有用组分， 实现资源化利用。
植物资源提取
利用浸取技术提取植物中的有用成分，如草 药、茶叶、香料等。
环境治理
利用浸取技术处理环境污染问题，如土壤修 复、水处理等。
04
溶剂萃取与浸取的比较与选择
进料液与萃取剂的混合。
混合过程中还需注意控制温度、压力等参数，以确保萃取过程
03
的稳定性和安全性。
分相过程
分相过程是将混合后的料液与 萃取剂进行分离，使各个组分 得到分离。
分相的方法包括静置分层、离 心分离等，根据不同的分离需 求选择合适的分相方法。
分相过程中需要控制好温度、 压力等参数，以获得较高的分 离效果和纯度。
第五章 萃取
K
C1 萃取相的浓度 C2 萃余相的浓度
弱电解质在有机溶剂-水相的分配平衡
分配系数中CL和CH 必须是同一种分子类型，即不发生缔合 或离解。对于弱电解质，在水中发生解离，则只有两相中的 单分子化合物的浓度才符合分配定律。 例如青霉素在水中部分离解成负离子（青COO－），而在 溶剂相中则仅以游离酸（青COOH）的形式存在，则只有两 相中的游离酸分子才符合分配定律。 此时，同时存在着两种平衡，一种是青霉素游离酸分子在有 机溶剂相和水相间的分配平衡；另一种是青霉素游离酸在水 中的电离平衡（图）。前者用分配系数K0来表征，后者用 电离常数Kp来表征。对于弱碱性物质也有类似的情况。
溶剂传递到固体颗粒表面； 溶剂扩散到固体内部微孔隙中； 溶质溶解到溶剂中； 溶质通过固体微孔隙通道扩散到固体表面，并进入溶剂 主体。 一般而言，第一、二两步都很迅速，不是浸取过程 总速率的控制性步骤。 溶质通过多孔固体的扩散可用有效扩散系数来描述， 而有效扩散系数与Fick定律有关。
浸取的影响因素
施，往往需要将目标产物转移到水相。这种调节
水相条件，将目标产物从有机相转入水相的操作
就称为反萃取（Back extraction)。
萃取液 （待分离物 质＋少量杂质） 洗 涤 剂 待 萃 物 质
料液 （待分离物 质＋杂质
反 萃 剂
萃取剂＋稀释剂
（待返回使用）
萃 取
洗 涤
反 萃 取
萃取剂 ＋稀释剂 产物（待萃物质） 杂质+少量 待萃物质
浸取过程的前加工：
干燥：有助于细胞膜的破裂，溶剂也容易进入细胞内部，直
接溶解溶质。 滚压：将原料滚压成片，使其减小到0.1一0.5mm，则大豆及 许多植物种子的细胞壁极大地破裂，植物油容易进入溶剂。 切片：减小水溶剂从水相主体扩散到每个细胞的距离，细胞
生物分离工程-第五章-萃取技术PPT课件
mCl
[R Cl - ] [Cl - ]
则
mAKeC mlCl1[H K 2][K H 1 K ]2 21
43
-化学萃取平衡之分配平衡（2）
二（2－乙基己基）磷酸萃取氨基酸为例，其所对应的离 子交换反应
A2(H2RA ) R(3H H R )
KeH[A[AR]([(HH3R]R[2)H])]
氨基酸的表观分配系数为
6
生物产品萃取根据分子量大小划分
小分子类 化合物相对分子量约小于1000，如氨基酸、 抗生素、维生素、有机酸等，采用有机溶 剂萃取
大分子类 相对分子量大于1000，如酶，抗体，蛋白 质等，有机溶剂不适用，可选用反胶团萃 取、双水相萃取等
7
工业上生产青霉素
大多采用醋酸丁酯为萃取剂，pH=1.8～2.2， 相比VO/VW=1/2～1/2.5，温度5℃，反萃取过 程采用碳酸氢钾或碳酸钾水溶液为反萃取剂。
A
A+
A+
AA+
A AClA
有机相
R+Cl-
RR++CA-l-
R+Cl-
R+Cl-
R+Cl-
42
化学萃取平衡之分配平衡
季胺盐萃取氨基酸为例，其所对应的离子交换反应
R C lA R A -C l
[RA-][Cl- ] KeCl [RCl- ][A- ]
氨基酸和氯离子对应的表观分配系数分别为
[R A- ] mA cA
51
2、双水相形成
当两种高分子聚合物之间存在相互排斥作 用时，即一种分子周围将聚集同种分子而 排斥异种分子，则在达到平衡时，就形成 分别富含不同聚合物的两相 。
重庆大学生物分离工程_第五章 萃取
聚合物的不相溶性主要是由于聚合物分子的空 间阻碍作用，相互间无法渗透，当聚合物的浓 度达到一定值时，就不能形成单一的水相，所 以具有强烈的相分离倾向。
某些聚合物的溶液与某些无机盐的溶液相混合 时，只要浓度达到一定值，也会形成两相，即 聚合物-盐双水相体系，成相机理尚不清楚，一 种解释为“盐析”作用。
(2) 温度
温度会影响生化物质的稳定性。
影响分配系数K。
(3) 盐析
无机盐类如硫酸铵、氯化钠等一般可降低产 物在水中的溶解度而使其更易于转入有机溶 剂相中，另一方面还能减小有机溶剂在水相 中的溶解度。
(4) 带溶剂
为提高分配系数K，常添加带溶剂。带溶剂是 指能和产物形成复合物，促使产物更易溶于有 机溶剂相中，在一定条件下又要容易分离的物 质。
PEG／盐系统应用得很广泛，主要由于PEG价 格低廉以及该系统选择性。
三步萃取流程示意图
分配在上相中的蛋白质可通过加入适量的盐(有 时也补充适量的PEG)，进行第二次双水相萃 取，目的是除去核酸和多糖，它们的亲水性较 强，因而易分配在盐相中，蛋白质就停留在上 相PEG中。
在第三次萃取中，应使蛋白质分配在盐相(如调 节pH)，以便和主体PEG分离，色素因其憎水 性而通常分配在上相；盐相中的蛋白质可用超 滤法弃除残余的PEG，主体PEG可循环使用。
再如图中，2.2％的葡聚糖水溶液与等体积的0.72 ％甲基纤维素钠的水溶液相混合并静置后，可得 到两个粘稠的液层。
葡聚糖与甲基纤维素钠的双水相体系
上述现象称为聚合物的不相溶性 (incompatibility)。如果多种不相溶的聚合物混 在一起，就可得到多相体系，如硫酸葡聚糖、 葡聚糖、羟丙基葡聚糖和聚乙二醇相混时，可 形成四相体系。
某些聚合物的溶液与某些无机盐的溶液相混合 时，只要浓度达到一定值，也会形成两相，即 聚合物-盐双水相体系，成相机理尚不清楚，一 种解释为“盐析”作用。
(2) 温度
温度会影响生化物质的稳定性。
影响分配系数K。
(3) 盐析
无机盐类如硫酸铵、氯化钠等一般可降低产 物在水中的溶解度而使其更易于转入有机溶 剂相中，另一方面还能减小有机溶剂在水相 中的溶解度。
(4) 带溶剂
为提高分配系数K，常添加带溶剂。带溶剂是 指能和产物形成复合物，促使产物更易溶于有 机溶剂相中，在一定条件下又要容易分离的物 质。
PEG／盐系统应用得很广泛，主要由于PEG价 格低廉以及该系统选择性。
三步萃取流程示意图
分配在上相中的蛋白质可通过加入适量的盐(有 时也补充适量的PEG)，进行第二次双水相萃 取，目的是除去核酸和多糖，它们的亲水性较 强，因而易分配在盐相中，蛋白质就停留在上 相PEG中。
在第三次萃取中，应使蛋白质分配在盐相(如调 节pH)，以便和主体PEG分离，色素因其憎水 性而通常分配在上相；盐相中的蛋白质可用超 滤法弃除残余的PEG，主体PEG可循环使用。
再如图中，2.2％的葡聚糖水溶液与等体积的0.72 ％甲基纤维素钠的水溶液相混合并静置后，可得 到两个粘稠的液层。
葡聚糖与甲基纤维素钠的双水相体系
上述现象称为聚合物的不相溶性 (incompatibility)。如果多种不相溶的聚合物混 在一起，就可得到多相体系，如硫酸葡聚糖、 葡聚糖、羟丙基葡聚糖和聚乙二醇相混时，可 形成四相体系。
第五章生物产品萃取技术
这种溶剂溶质之间的作用力随着分子靠近而强烈的增加，分
子间作用力越大，溶质的溶解度越大。超临界流体的密度越 接近液体的密度，因此对溶质的溶解能力与液体基本相同。
压力越大，超临界流体的密度越大，对溶质的溶解度也就越
大。当改变条件，随着压力的降低，超临界流体的密度减小， 溶解度急剧减小，溶质释放出来。
由此可见，在保持温度恒定条件下，通过调节压力来控 制超临界流体的萃取能力或保持压力不变改变温度来提高其 萃取能力。
(2)溶解力与P．T的关系 (P83) 超临界CO2的溶解力受P和T
的影响较大。压力P增加，超临界C02的密度增加，溶解力
也相应增加，其实验的结果也是如此。以超临界CO2 萃取
沙棘油为例，T＝39℃，P＝15MP时，油的收率为88.0％， 同样温度下，增加压力P＝25MPa时，油的收率增加到90.7 ％。但一般当压力在40MP时，超临界CO2 的溶解力就达到 了实际所能获得的最高限。
反胶团萃取的优点
在反胶束内部包含了水溶液，蛋白质等生物分子
萃取后进入反胶团内部的“水池” 中，避免了与 有机溶剂直接接触，反胶束内的微环境与生物膜 内相似，故能很好保持其生物活性，解决了蛋白 质在有机溶剂中容易变性失活和难溶于有机溶剂 的问题，为蛋白质的提取和分离开辟了一条新的 途径。 成本低，有机溶剂可反复使用；容易放大和实现 连续操作。 反胶束萃取是一条具有工业发展前景的蛋白质分 离技术。
聚乙二醇、聚乙烯醇、葡聚 糖（Dex）、羟丙基葡聚糖
聚乙二醇（PEG） 聚乙烯醇、葡聚糖 高聚物/无机盐体系 高聚物/聚电解质体 系 聚电解质/聚电解质 体系 聚乙二醇 硫酸葡聚糖钠盐 硫酸镁、硫酸铵、硫酸钠、 磷酸钾、酒石酸钾钠 甲基纤维素
羧甲基葡聚糖钠盐 羧甲基纤维素钠盐
第五章萃取分离技术
酶的固定化
6、反胶束萃取技术研究新进展
¾
酶通过一定方法固定在反胶束中,酶系统可以反复使用,而且反胶 束对酶形成保护作用,使其与有机溶剂分隔而保持活性。 目前反胶束酶系统的应用主要有以下几方面: 油脂的水解和合成 脂酶仅能催化油水界面上的脂肪分子,对纯样脂肪体系无能为 力,利用反胶束就可以解决这个问题,反胶束中的脂酶可催化脂 肪的合成或分解。 肽和氨基酸的合成 反胶束酶催化合成肽的优点是能够溶解非极性和极性的底物 有害物质的降解 Crecchio等将这种酶成功固定于反胶束中,用于水中的芳香族 化合物的解毒,反应产物是水不溶性的,易于分离。
③疏水性相互作用 aa的疏水性各不相同 , 研究表明 , aa或肽的 m随 aa疏水性的增大而增大 。 蛋白质的疏水性影响其在反胶团中的溶解形式 , 因而影响其分配系数 . 疏水性较大的 pro可能以 “半岛 式 ”形式溶解。
¾ B. 在各pro的pI处(排除了静电相互作用的影响)，反胶团萃
取实验研究表明: 随着M增大 , pro的分配系数 (m, 溶解率 )下 降。表明随M增大 , 空间排阻作用增大 , pro的溶解率降低 . 所以可以根据pro间M的差别选择性对 pro进行萃取分离
W0 - 有 机 相 中 水 与 S 的 摩 尔 比 ， 又 称 为 含 水 率 (water content) ； M-水的相对分子质量； asurf- 界面处一个 S的面积； N-阿弗加德罗常数。
2、反胶束萃取蛋白质的基本原理
内水的性质： 当 W0较低 (如 S = AOT, W0 = 6~8)时 , 微水相的水分子受 S亲水基团的强烈束缚 , 表观粘度上升 50倍 , 疏水性也极高。随 W0的增大 , 这些现象逐渐减弱 , 当 W0>16时 , 微水相的水与正 常的水接近 , 反胶团内可形成双电层。但即使当 W0值很大 , 水 池内水的理化性质也不能与正常的水完全相同 , 特别是在接近 S亲水头的区域内。 改变水相条件 (如 pH值、离 子种类或离子强度 ) ,又可使蛋 白质从有机相中返回到水相中， 实现反萃取过程。
第五章 双水相萃取技术
利用前式可确定不同双水相系统的HF值。如果在pH为 等电点的双水相中蛋白质的分配系数(m0)与HF值之间 呈线性关系，则直线的斜率定义为该蛋白质的表面疏 水性，用HFS (hydrophobic factor of solutes)表示 lnm0=HF× HFS × 一般形式 lnm=HF(HFS+∆HFS)+ ∆φFZ/RT
• (5) 能进行萃取性的生物转化。在一些双 水相体系中可将发酵生产过程中的生物 转化与下游处理的第1步相结合，即生物 反应在其中一相中进行，同时生成的反 应产物被连续萃取到另一相中。不仅解 决了产物反馈抑制作用造成的产量低的 问题，而且酶在高聚物溶液中比在缓冲 液中更稳定，活性更大。因为生物反应 和生物产物的提取同时进行，尤其适于 连续生产。
lnmaa=HF(RH+B)
其中，RH为氨基酸的相对疏水性(relative hydrophobicity)，是 通过测定氨基酸在水和乙醇中溶解度的差别确定的，并设疏水 性最小的甘氨酸的RH＝0。
B = lnmGly/HF
所以，pH＝pI时氨基酸在双水相系 统中的分配系数与其RH值呈线性关 系，直线的斜率就是该双水相系统 的HF值。
实际的双水相系统中通常含有缓冲液和无机盐等电解 质，当这些离子在两相中分配浓度不同时(即分配系数 ≠1)，将在两相间产生电位差，此时，荷电溶质的分配 平衡将受相间电位的影响，从相平衡热力学理论推导 溶质的分配系数表达式为: lnm=lnmo+∆φFZ/RT 因此，荷电溶质的分配系数的对数与溶质的净电荷数 成正比,由于同一双水相系统中添加不同的盐产生的 相间电位不同，故分配系数与静电荷数的关系因无机 盐而异.
成相高聚物浓度界面张力成相高聚物浓度界面张力成相高聚物的相对分子量成相高聚物的相对分子量一般来说蛋白等高分子量物质易集中于一般来说蛋白等高分子量物质易集中于低分子量相低分子量相电化学分配电化学分配双水相萃取时蛋白质的分配系数受离子双水相萃取时蛋白质的分配系数受离子强度的影响很小强度的影响很小疏水反应疏水反应生物亲和分配生物亲和分配温度及其它因素温度及其它因素双水相系统的聚合物组成包括聚合物类型平均分子量盐类包括离子的类型和浓度离子强度ph值溶质的物理化学性质包括分子量等电点以及体系的温度等
生物分离工程-第5章-萃取技术
多级错流 多级萃取 操作方式 多级逆流
单级萃取
假定：两相中的分配很快达到平衡； 两相完全不互溶，完全分离。
X S VS CS VS 1 ★ 萃取因素： E 萃取液溶质总量 ＝ ＝K K 萃余液溶质总量 XF VF CF VF m
单级萃取
单级萃取：只包括一个混合器和一个分离器
分离因素（β）
分离因素表示有效成分A与杂质B的分离程度。
KA KB
β=1 KA = KB 分离效果不好；
β>1 KA > KB 分离效果好；
β越大，KA 越大于KB，分离效果越好。
弱电解质在有机溶剂-水相的分配平衡
分配系数中CO和CW 必须是同一种分子类型，即不发生缔合或离解。对 于弱电解质，在水中发生解离，则只有两相中的单分子化合物的浓度才 符合分配定律。 例如青霉素在水中部分离解成负离子（青COO－），而在有机溶剂相 中则仅以游离酸（青COOH）的形式存在，则只有两相中的游离酸分子 才符合分配定律。
多级逆流萃取
在多级逆流萃取中，在第一级中连续加入料液，并 逐渐向下一级移动，而在最后一级中连续加入萃取 剂，并逐渐向前一级移动。
料液移动的方向和萃取剂移动的方向相反，故称为 逆流萃取。 在逆流萃取中，只在最后一级中加入萃取剂，故和 错流萃取相比，萃取剂之消耗量较少，因而萃取液 平均浓度较高。
有机溶剂萃取的影响因素
pH的影响
pH对表观分配系数的影响（pH-K）
pH低有利于酸性物质分配在有机相，碱性物质分 配在水相。 对弱酸随pH↓，K↑, 当pH << pK时，K→K0
由萃取机理和K～pH的关系式可得出如下结论
酸性物质 萃取 反萃取 pH<pK pH>pK 碱性物质 pH>pK pH<pK
单级萃取
假定：两相中的分配很快达到平衡； 两相完全不互溶，完全分离。
X S VS CS VS 1 ★ 萃取因素： E 萃取液溶质总量 ＝ ＝K K 萃余液溶质总量 XF VF CF VF m
单级萃取
单级萃取：只包括一个混合器和一个分离器
分离因素（β）
分离因素表示有效成分A与杂质B的分离程度。
KA KB
β=1 KA = KB 分离效果不好；
β>1 KA > KB 分离效果好；
β越大，KA 越大于KB，分离效果越好。
弱电解质在有机溶剂-水相的分配平衡
分配系数中CO和CW 必须是同一种分子类型，即不发生缔合或离解。对 于弱电解质，在水中发生解离，则只有两相中的单分子化合物的浓度才 符合分配定律。 例如青霉素在水中部分离解成负离子（青COO－），而在有机溶剂相 中则仅以游离酸（青COOH）的形式存在，则只有两相中的游离酸分子 才符合分配定律。
多级逆流萃取
在多级逆流萃取中，在第一级中连续加入料液，并 逐渐向下一级移动，而在最后一级中连续加入萃取 剂，并逐渐向前一级移动。
料液移动的方向和萃取剂移动的方向相反，故称为 逆流萃取。 在逆流萃取中，只在最后一级中加入萃取剂，故和 错流萃取相比，萃取剂之消耗量较少，因而萃取液 平均浓度较高。
有机溶剂萃取的影响因素
pH的影响
pH对表观分配系数的影响（pH-K）
pH低有利于酸性物质分配在有机相，碱性物质分 配在水相。 对弱酸随pH↓，K↑, 当pH << pK时，K→K0
由萃取机理和K～pH的关系式可得出如下结论
酸性物质 萃取 反萃取 pH<pK pH>pK 碱性物质 pH>pK pH<pK
第五章萃取
发酵液乳化的原因： a 蛋白质的存在，起到表面活性剂作用： 表面活性剂聚集在两相界面上，使表面张力降低。 表面活性剂分子在分散相液滴周围形成保护膜。保护 膜具有一定的机械强度，不易破裂，能防止液滴碰撞 而引起聚沉。 b 固体粉末对界面的稳定作用： 能同时为两种液体所润湿的固体粉末也能作为乳化 剂，如粉末对水的润湿性强于对油的润湿性，则根据 自由能最小的原则，形成水包油O/W型乳浊液。反 之形成油包水型。
萃取： 又称溶剂萃取，是一种用液态的萃取剂处 理与之不互溶的双组分或多组分溶液或固体物 ，实现组分分离的传质分离过程，是一种广泛 应用的物理单元操作。
萃取有两种方式：
液液萃取
萃取常规
固液萃取（浸取）
溶剂萃取在生物工程领域上应用范围很广 ，可用于有机酸、氨基酸、抗生素、激素和生 物碱等非极性或弱极性小分子的分离和纯化。 在传统有机溶剂萃取的基础上，20世纪60 年代出现了反胶团萃取，可应用于生物大分子 （如多肽、蛋白质、核酸等）的分离纯化；20 世纪70年代以后，双水相萃取技术迅速发展， 为蛋白质特别是胞内蛋白质的提取、纯化提供 了有效地手段。
在生物工程领域，引起乳化现象的物质常为蛋白质 ，由蛋白质引起的乳化是相当稳定的，构型多为水包 油型。
2.去乳化方法 乳状液虽有一定的稳定性，但乳状液具有高分散度、表面 积大、表面自由能高的特点，是一个热力学不稳定体系， 有具结分层、降低体系能量的趋势。 常用去乳化的方法： （1）顶替法：加入一种乳化剂，将原先的乳化剂从界面顶 替出来： ① 形成的乳浊液类型与原来的一致 ② 它本身的表面活性 > 原来的表面活性 ③ 不能形成坚固的保护膜 （2）转型法： 加入一种乳化剂，条件： ① 形成的乳浊液类型与原来的相反，使原乳浊液转型 ② 在转型的过程中，乳浊液破坏，控制条件不允许形成相 反的乳浊液
第五章 溶剂萃取和浸取
（1）溶质B各质点的分离
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。
这个过程需要吸收能量，能量的大小与分子之间 的作用力有关。
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＜离子型物质
（2）溶剂A在溶质B的作用下形成可容 纳B质点的空位
在溶质B的影响下溶剂分子A相互作用形成可容 纳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之间的相互作用力有关。 溶剂A吸收能量的一般顺序为： 非极性物质＜极性物质＜氢键物质
T影响两溶剂的互溶度：T↑→两溶剂的互溶度↑
水相条件的影响——盐析
盐析剂可使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↓
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
水相条件的影响——带溶剂
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，该复合物在一定的条件下又容易 分解的物质。
例题
赤霉素在10℃和pH值2.5时的分配系数为35。 ① 单级萃取一次，用等体积醋酸乙酯； ② 二级错流萃取，第一级用1/2体积醋酸乙酯， 第二级用1/10体积醋酸乙酯； ③ 二级逆流萃取，醋酸乙酯用1/2体积。
分别计算这三种萃取的理论收得率。
解：
① 单级萃取一次
E = KVS/VF = 35×(1/1) = 35 1-φ = E/(E+1) = 35/(35+1) = 97.2％ ② 二级错流萃取 E1 = KVS/VF = 35×[(1/2)/1]= 17.5
萃取剂 萃取液 溶质
Light phase
现代分离方法与技术第5章-萃取分离法PPT课件
代表性物质为甲基异丁基酮、仲辛醇等。 （3）含硫萃取剂
亚砜、硫醚，铂簇金属优良的萃取剂。 （4）含氮中性萃取剂，如吡啶。
第五章 萃取分离法
中性萃取剂的应用： （1）萃取强酸： 非极性有机溶剂可萃取近乎中性的弱酸 极性溶剂可萃取强酸，有机相中溶剂化的氢
离子与溶剂分子或水分子之间形成氢键。
n H n A m (o) E r g(H )nE A m (o)rg
第5章 萃取分离法
§5.1 溶剂萃取 §5.2 胶体（胶团）萃取 §5.3 双水相萃取 §5.4 凝胶萃取 §5.5 微波萃取分离法 §5.6 固相萃取 §5.7 固相微萃取 §5.8 溶剂微胶囊萃取 §5.9 加速溶剂萃取 §5.10超临界液体萃取
萃取分离法
• 萃取分离法是将样品中的目标化合物选 择性地转移到另外一相或选择性保留在 原来相（转移非目标化合物）的分离方 法。
m2=1mg×(1-0.9999) = 0.0001mg
答：（略）
(七)分离系数（分离因子）
在萃取工作中，不仅要了解对某种物质的萃取 程度如何，更重要的是必须掌握当
溶液中同时含有两种以上组分时，通过萃取之 后它们之间的分离情况如何。例如A、B两种物 质的分离程度可用两者的分配比DA、DB的比值 来表示。
中：
A水
A有
在一定温度下，当分配达到平衡时，物质A在两种溶 剂中的活度（或活度）比保持恒定，即分配定律可用 下式表示：
KD = [A]有/[A]水
式中KD称为分配系数。分配系数大的物质，绝大部分 进入有机相，分配系数小的物质，仍留在水相中，因 而将物质彼此分离。
此式称为分配定律，它是溶剂萃取的基本原理。在低 浓度范围内, KD基本为一常数,在高浓度范围内,应改为 热力学分配常数。
亚砜、硫醚，铂簇金属优良的萃取剂。 （4）含氮中性萃取剂，如吡啶。
第五章 萃取分离法
中性萃取剂的应用： （1）萃取强酸： 非极性有机溶剂可萃取近乎中性的弱酸 极性溶剂可萃取强酸，有机相中溶剂化的氢
离子与溶剂分子或水分子之间形成氢键。
n H n A m (o) E r g(H )nE A m (o)rg
第5章 萃取分离法
§5.1 溶剂萃取 §5.2 胶体（胶团）萃取 §5.3 双水相萃取 §5.4 凝胶萃取 §5.5 微波萃取分离法 §5.6 固相萃取 §5.7 固相微萃取 §5.8 溶剂微胶囊萃取 §5.9 加速溶剂萃取 §5.10超临界液体萃取
萃取分离法
• 萃取分离法是将样品中的目标化合物选 择性地转移到另外一相或选择性保留在 原来相（转移非目标化合物）的分离方 法。
m2=1mg×(1-0.9999) = 0.0001mg
答：（略）
(七)分离系数（分离因子）
在萃取工作中，不仅要了解对某种物质的萃取 程度如何，更重要的是必须掌握当
溶液中同时含有两种以上组分时，通过萃取之 后它们之间的分离情况如何。例如A、B两种物 质的分离程度可用两者的分配比DA、DB的比值 来表示。
中：
A水
A有
在一定温度下，当分配达到平衡时，物质A在两种溶 剂中的活度（或活度）比保持恒定，即分配定律可用 下式表示：
KD = [A]有/[A]水
式中KD称为分配系数。分配系数大的物质，绝大部分 进入有机相，分配系数小的物质，仍留在水相中，因 而将物质彼此分离。
此式称为分配定律，它是溶剂萃取的基本原理。在低 浓度范围内, KD基本为一常数,在高浓度范围内,应改为 热力学分配常数。
第五章-萃取
带来问题： • 产生乳化后使有机相和水相分层困难，出 现夹带：
1、水相夹带有机相，产物损失，有机溶剂回收 损失； 2、有机溶剂夹带水相，给后处理带来困难。
•
需尽量避免出现乳化，如出现乳化，需采取一定 措施破坏乳化。
1. 预处理，去除蛋白质能消除乳化。 2. 离心，离心力场中碰撞聚沉。实验室通过轻轻搅拌也 可促使其破坏。 3. 加入表面活性剂（转型法）O/W型乳浊液中，加入亲 油型乳化剂，在乳浊液油从O/W转为W/O的趋向，但 条件还不允许形成W/O，因而在转变过程中，乳浊液 就被破坏。常用破乳剂：阳离子 溴代十五烷基吡啶， 阴离子 十二烷基磺酸钠。 4. 加热，降低黏度，促使乳浊液破坏。
n
E n 1 1
计算得到n=2.74，故需三级萃取操作。 计算采用三级逆流萃取操作的收率为99.3%，高于错流 萃取操作。 说明多级逆流接触萃取效率优于多级错流萃取。
5.5 双水相萃取(aqueous two-phase extraction)
某些亲水性高分子聚合物的水溶液超过一定浓度 后可形成两相，并且在两相中水分均占很大比例， 即形成双水相系统。 利用亲水性高分子聚合物的水溶液可形成双水相 的性质，Albertsson于20世纪50年代后期开发了双 水相萃取法，又称双水相分配法（aqueous twophase partitioning）。
一般初始萃取相中溶质浓度为0，所以上式变为 HxF=Hx+Ly 因为H和L可以认为是常数，结合线性平衡（Henry） 关系式，可得：
mx F y 1 E
mL E H 式中E为萃取因子（extraction factor），即萃取平衡 后萃取相和萃余相中溶质量之比。
由E 可求得萃余分数 φ 和萃取分数 1- φ
第五章-4,5,6 固相微萃取
在临界点附近，压力的 微小变化会大幅度改变 流体密度。
超临界CO2的溶解能力
CO2易萃取脂溶性化合物，亲脂性、低沸点成 分可在10MPa以下萃取。
如挥发油、烃、酯、内酯、醚等 极性越强，萃取越困难，需提高压力，对于糖 类和氨基酸等强极性化合物，40MPa压力下， 仍难以萃取
化合物的相对分子量越高，越难萃取。
由于以上特点，可以迅速渗透到物体的内部 溶解目标物质，快速达到萃取平衡。
3、超临界CO2的特点
CO2的临界值：31.26℃；7.38MPa
（1）CO2的临界温度接近于室温，适合于热敏性物质 （2）CO2的临界压力适中，目前工业水平易达到； （3）CO2的溶解能力较好，是常用超临界溶剂中最 高的（合成氟化物除外）； （4）CO2无毒、无味、无污染、不燃、不腐蚀、价廉
水中苯胺的固相萃取
河北沧县：红豆局长
小朱庄红色地下水最严重的区域，苯胺含量超标70多倍
水中苯胺的固相微萃取：与色谱连用 萃取头：聚丙烯酸酯纤维头 方法：直接萃取
解脱附：热脱附
（五）超临界萃取
1、简介：是将超临界流体作为萃取溶剂的一 种萃取技术。
2、超临界流体的性质
（1）粘度接近于气体：扩散能力强 （2）密度接近液体：溶解能力强
（3）操作 ①涂有固定相的萃取头插入 样品； ②带测物在固定相涂层与样 品间达到分配平衡；
③将萃取头插入分析仪器的 进样口，通过一定的方式解 吸后进行分离分析。
（4）优点
集采样、萃取、浓缩和进样于一体的分 析技术，易于自动化。
（4）应用 主要用于复杂样品中微量或痕量目标化合物 的分离和富集。其应用的范围包括了空气样 品、环境水样以及土壤样品中的有机与无机 化合物等。
③微波剂量：控制温度不高于溶剂沸点
化工原第五章 萃取
xA——萃取相E中组分A的质量分数 ； yA——萃余相R中组分A的质量分数 。
此即分配曲线的数学表达式。
图 有一对组分部分互溶时的分配曲线
如图所示 ，若以为xA横坐标 ， 以yA为纵坐标， 则可在y-x直角坐标图上得到表示这一对共轭相组成 的点N 。每一对共轭相可得一个点 ，将这些点联结
起来即可得到曲线ONP ，称为分配曲线 。 曲线上的 P点即为临界混溶点 。分配曲线表达了溶质A在互成 平衡的E相与R相中的分配关系 。若已知某液相组成， 则可由分配曲线求出其共轭相的组成 。 若在分层区 内y均大于x ， 即分配系数kA ＞1 ，则分配曲线位 于y=x直线的上方 ，反之则位于y=x直线的下方 。若 随着溶质A组成的变化 ，联结线倾斜的方向发生改 变 ， 则分配曲线将与对角线出现交点 ，这种物系称 为等溶度体系。
通常 ， 一定温度下的三元物系溶解度曲线 、联 结线 、辅助曲线及临界混溶点的数据均由实验测得， 有时也可从手册或有关专著中查得。
3. 分配系数和分配曲线
（ 1）分配系数 一定温度下 ， 某组分在互相平衡的E相与R 相中的组成之比称为该组分的分配系数 ， 以 k表示 ， 即溶质A
原溶剂B
式中 yA、yB ——萃取相E中组分A、B的质量分数 ； xA、xB——萃余相R中组分A 、B的质量分数。
图 辅助曲线
2.辅助曲线和临界混溶点
辅助曲线的作法如图所示 ，通过 已
知点R1 、R2 、… 分别作BS边的平 行
线 ， 再通过相应联结线的另一端点 E1 、E2分别作AB边的平行线 ，各线 分别相交于点F 、G 、… ，联接这些 交点所得的平滑曲线即为辅助曲线。 利用辅助曲线可求任何已知平衡液 相知平衡液相 ， 自点R作BS边的平 行线交辅助曲线于点J ， 自点J作AB 边的平行线 ， 交溶解度曲线于点E，
此即分配曲线的数学表达式。
图 有一对组分部分互溶时的分配曲线
如图所示 ，若以为xA横坐标 ， 以yA为纵坐标， 则可在y-x直角坐标图上得到表示这一对共轭相组成 的点N 。每一对共轭相可得一个点 ，将这些点联结
起来即可得到曲线ONP ，称为分配曲线 。 曲线上的 P点即为临界混溶点 。分配曲线表达了溶质A在互成 平衡的E相与R相中的分配关系 。若已知某液相组成， 则可由分配曲线求出其共轭相的组成 。 若在分层区 内y均大于x ， 即分配系数kA ＞1 ，则分配曲线位 于y=x直线的上方 ，反之则位于y=x直线的下方 。若 随着溶质A组成的变化 ，联结线倾斜的方向发生改 变 ， 则分配曲线将与对角线出现交点 ，这种物系称 为等溶度体系。
通常 ， 一定温度下的三元物系溶解度曲线 、联 结线 、辅助曲线及临界混溶点的数据均由实验测得， 有时也可从手册或有关专著中查得。
3. 分配系数和分配曲线
（ 1）分配系数 一定温度下 ， 某组分在互相平衡的E相与R 相中的组成之比称为该组分的分配系数 ， 以 k表示 ， 即溶质A
原溶剂B
式中 yA、yB ——萃取相E中组分A、B的质量分数 ； xA、xB——萃余相R中组分A 、B的质量分数。
图 辅助曲线
2.辅助曲线和临界混溶点
辅助曲线的作法如图所示 ，通过 已
知点R1 、R2 、… 分别作BS边的平 行
线 ， 再通过相应联结线的另一端点 E1 、E2分别作AB边的平行线 ，各线 分别相交于点F 、G 、… ，联接这些 交点所得的平滑曲线即为辅助曲线。 利用辅助曲线可求任何已知平衡液 相知平衡液相 ， 自点R作BS边的平 行线交辅助曲线于点J ， 自点J作AB 边的平行线 ， 交溶解度曲线于点E，
第五章萃取
5.32(d) 载体输送（同向迁移）
5.32 液膜萃取机理
5.6.4 液膜萃取操作
5.6.4.1萃取设备及过程
补充膜相 内水相
膜相循环
乳化器
料液 （外水相）
静电破乳 澄清器 萃取槽 萃余水相 澄清器 产品
部 分 膜 相
图5.39 利用搅拌槽的乳状液膜连续萃取过程
(supported liquid membrane, SLM) (3) 流动液膜
5.6.1.1 乳状液膜
分为两种：(W/O)/W (水-油-水) 和(O/W)/O(油-水-油) 。
膜相O
内水相W
外水相W
液膜
图5.29 (W/O)/W型乳状液膜
膜相组成
膜溶剂 （90%以上） 膜 相 表面活性剂 （1-5%） 载体 （1-5%）
pI
双水相萃取的特点
操作条件温和，在常温常压下进行；
两相的界面张力小，两相易分散；
两相的相比随操作条件而变化；
上下两相密度差小，一般在10 g/L。因此两 相分离较困难，目前这方面研究较多
易于连续操作，处理量大，适合工业应用。
5.5.3 影响分配系数的各种因素
5.5.3.1 成相聚合物和浓度
液膜 X 料液 A 分配系数：A>X (a) 单纯迁移 反萃液
根据分配系数和扩散系数的差异进行萃取分离。
5.6.2.2 反萃相化学反应促进迁移
液膜 ROONa+H2O
ROOH 料液
ROOH +NaOH 反萃液 (NaOH)
(b) 反萃相化学反应促进迁移 又称I型促进迁移
液膜法处理含酚废水
酸性含酚水 OH + NaOH ⇒ ONa + H2O
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分配系数或分配比
m c2,t c1,t
（5-2）
其中，c1,t和c2,t为溶质在相1和相2中的总摩 尔浓度，m为分配系数。
第二节 溶剂萃取
特点：处理量大、能耗低、速度快，且 易于实现连续操作和自动化控制。
应用：生物产物分离中用于抗生素、有 机酸、维生素等发酵产物的提取。
一．弱电解质的分配平衡
例：
利用季铵盐(如氯化三辛基甲铵，R+Cl-)为 萃取剂萃取氨基酸时，阴离子氨基酸(A-)通 过与萃取剂在水相和萃取相间发生下述离子 交换反应而进入萃取相。
R Cl A R A Cl
其中横杠表示该组分存在于萃取相。
A c2 c1
二．分配定律与分配平衡
分配定律即溶质的分配平衡规律，即：
3．物理萃取和化学萃取
物理萃取
定义：溶质根据相似相溶原理在两相间 达到分配平衡，萃取剂与溶质间不发生 化学反应。
应用：广泛应用于抗生素及天然植物中 有效成分的提取。如利用乙酸丁酯萃取 青霉素。
化学萃取
定义：利用脂溶性萃取剂与溶质的化 学反应生成脂溶性复合分子，使溶质 向有机相分配。
应用：用于氨基酸、抗生素和有机酸 等生物产物的分离回收。
（5-8）
二．化学萃取平衡
氨基酸等两性电解质不能采用物理 萃取，而需采用化学萃取方法。
常用氨基酸的萃取剂有季铵盐类 （如氯化三辛基甲铵）、磷酸酯类等。
氨基酸解离平衡为
其中K1和K2为解离平衡常数。分 别用A、A+、A-表示偶极离子、阳 离子、阴离子型氨基酸。
A H K1 A
K2
A H
通过调节水相的pH值，控制溶质的 分配行为，从而提高萃取率的方法已广 泛应用于抗生素和有机酸等弱电解质的 萃取操作。
操作时需要注意的是pH值应尽量选 择在使产物稳定的范围内。
➢ 温度
温度是影响溶质分配系数和萃取速 度的重要因素。选择适当的操作温度， 有利于目标产物的回收和纯化。
由于生物产物在较高温度下不稳定， 故萃取操作一般在常温或较低温度下进 行。
第五章 萃取技术
第一节 萃取技术概述
一．基本概念
1．萃取 2．反萃取 3．物理萃取和化学萃取
1. 萃 取
萃取原理：利用溶质在互不相溶两相间分配系 数的不同使溶质得到纯化或浓缩。
萃取技术的发展 传统有机溶剂萃取
液膜萃取、反胶束萃取
双水相萃取、超临界流体萃取
萃取技术的分类
有机溶剂萃取
反胶束萃取 液液萃取
弱电解质在水相中发生不完全解离， 仅仅是游离酸或游离碱在两相产生分配平 衡，而酸根或碱基不能进入有机相。
萃取达到平衡状态时，一方面弱电解 质在水相中达到解离平衡，另一方面未解 离的游离电解质在两相中达到分配平衡。
Ka
A H
AH
弱酸性电解质的解离平衡关系为：
AH A H
解离平衡常数为
A H
mA
K eCl6）
三．溶剂萃取操作
1．水相物理条件的影响
水相pH值 温度 无机盐
➢ 水相pH值
无论是物理萃取还是化学萃取， 水相pH值对弱电解质分配系数均具 有显著影响。
物理萃取时，弱酸性电解质的分 配系数随pH降低而增大，而弱碱性 电解质则正相反。
水相pH值对青霉素分配系数的影响
➢ 无机盐
无机盐的存在可降低溶质在水相中的溶 解度，有利于溶质向有机相中分配；另一 方面可降低有机溶剂在水中的溶解度。
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（摩尔浓度）之比为常数，
即
A c2 c1
A称为分配常数。
（5-1）
多数情况下，溶质在各相中并非以同一种 分子形态存在，特别是在化学萃取中。
因此，萃取过程中常用溶质在两相中的总
浓度之比表示溶质的分配平衡，该比值称为
液膜萃取
液体
双水相萃取
萃取剂
液固萃取（浸取）
固体原料 超临界流体
液体原料
2．反 萃 取
定义：调节水相条件，将目标产物从有机相 转入水相的操作。
作用：为了进一步纯化目标产物或便于后续 分离操作。
洗涤：常常加在萃取与反萃取操作之间，目 的是除去与目标产物同时萃取到有机相的杂 质，提高反萃取液中目标产物纯度。
K a AH
（5-3）
其中，Ka为弱酸的解离常数；
[AH]和[A-]分别为游离酸和其酸根离 子的浓度。
如果在有机相中溶质不发生缔和， 仅以单分子形式存在，则游离的单分 子溶质符合分配定律，其分配常数为
Aa
AH
AH
（5-4）
其中，AH 表示有机相中游离酸的
浓度，Aa为游离酸的分配常数。
利用一般的分析方法测得的水 相浓度为游离酸和酸根离子的总 浓度，故为方便起见，用水相总
A
（5-9） （5-10）
利用阴离子交换萃取剂氯化三辛基
甲铵(TOMAC，记作R+Cl-)，只有阴离
子型氨基酸与萃取剂发生离子交换反
应，反应平衡常数为
KeCl
R A Cl A R Cl
（5-11）
氨基酸和Cl-的表观分配系数分别为
mA
R A cA
（5-12）
mCl
R Cl Cl
（5-13）
其中，mA和mCl分别为氨基酸和氯离子 的分配系数，cA为水相氨基酸总浓度
cA A A A （5-14）
从式(5-9)至(5-14)可推导出下式
（5-15） mA KeClmCl (1
H K2
H
2
) 1
K1 K 2
事实上，阴离子氨基酸的离子交换反应需
在高于其等电点的pH范围内进行，所以式 （5-14）中的[A+]可忽略不计，式(5-15)简 化成下式
青霉素是较强的有机 酸，较低pH有利于青霉 素在有机相中的分配，当 pH大于6.0时，青霉素几 乎完全分配于水相中。
选择适当的pH，不仅 有利于提高青霉素的收率， 还可根据共存杂质的性质 和分配系数，提高青霉素 的萃取选择性。
红霉素是碱性电解质，在乙酸乙酯 和pH9.8的水相之间分配系数为44.7，而 水相pH降至5.5时，分配系数为14.4。
浓度c表示酸的浓度，即
c AH A
（5-5）
合并上述三式，可得到有机相 中游离酸浓度：
AH
Aa c
Ka
H
H
（5-6）
设有机相中的浓度 c 和水相中浓
度c之比为分配系数，则
ma
Aa
Ka
H H
该式还可表示为
（5-7）
log( Aa ma
1)
pH
pK a
其中，pKa＝-logKa