第三章 萃取技术
第三章 超临界流体萃取技术
四、超临界流体的选择
1.SCF临界温度要接近工艺中的操作温度（常温） 2.操作温度应低于被萃取物质分解温度或变质温度 3.SCF化学性质要与待萃取成分的化学性质相似 4. SCF化学性质稳定，无毒性和无腐蚀性，不易爆易燃 5.临界温度和临界压力都尽量接近常规条件 6.对于待分离成分要有较高的选择性和较高的溶解度 7.来源广泛，价格便宜，以降低成本 常用的SCF：CO2、SO2、C2H4、C3H8、C4H10、CClF3
三、超临界流体萃取的优点
1.提高SCF的密度，可以将待分离成分溶出，降低SCF密度， 又可使该成分从SCF中析出；同时，SCF保持了气体具有的传 递特征，比液体渗透得更快，能更快到达平衡。因此，超临界 流体萃取效率一般都高于液体溶剂萃取。 2.在接近临界点附近，只要温度和压力有微小变化，SCF的密 度和溶解度都会发生很大变化，比较容易控制工艺条件。 3.SCF容易从分离成分中去除，不会对产品和食品造成污染。 4.选用的SCF性质稳定、无腐蚀性，特别适合具有热敏性或易 氧化性的成分分离纯化。
2 啤酒花有效成分的提取：1982 年,西德 啤酒花有效成分的提取： HEG 公司建造的工业规模超临界萃取啤 酒花生产线投入生产。用有机溶剂萃取 的啤酒花萃取液,色泽暗绿,成分复杂,且 残留有机溶剂。如采用CO2 超临界萃取, 萃取液颜色为橄榄绿色,不仅萃取率高,芳 香成分也不被氧化,而且可避免萃取农药。
高压脉冲电场可显著改善萃取溶质与膜 脂等成分的互溶速率及通过细胞壁物质 的传质能力, 从而提高萃取效率。宁正祥 等用高压脉冲电场强化超临界CO2萃取荔 枝种仁精油, 在300MPa 以下时,高压脉冲 处理可明显改善超临界萃取效率; 尤其是 在萃取率低于80%时, 高压脉冲电场效果 显著。
3 利用超声波
萃取技术 萃取的基本概念
分 层—萃取相与萃余相分离。 静置沉降。
脱溶剂—从两相中分别回收溶剂和溶质。 蒸馏，蒸发。
萃取
液-液萃取的基本原理及定义
在液体混合物中加入与其不完全混溶的液体溶剂（萃取剂），形 成液-液两相，利用液体混合物中各组分在两液相中溶解度的差 异而达到分离的目的。也称溶剂萃取，简称萃取。
溶质：混合液中被分离出的物质，以A表示； 稀释剂（原溶剂）：混合液中的其余部分，以B表示； 萃取剂：萃取过程中加入的溶剂，以S表示。 萃取剂对溶质应有较大的溶解能力，对于稀释剂则不互溶或仅部 分互溶。
工业废水处理：用二烷基乙酰胺脱除染料厂、炼油厂、焦化厂废 水中的苯酚。
有色金属冶炼：湿法冶金中溶液分离、浓缩和净化的有效方法。 例如从锌冶炼烟尘的酸浸出液中萃取鉈、铟、镓、锗，以及铌钽、镍-钴、铀-钒体系的分离，以及核燃料的制备。
制药工业：从复杂的有机液体混合物中分离青霉素、链霉素以及 维生素等。
液-液萃取：用溶剂分离液体混合物中的组分，又称溶剂萃取。 液-固萃取：用溶剂分离固体混合物中的组分，又称溶剂浸取。 由此可见，液-液萃取与蒸馏具有相同的分离对象和目标。 但是二者在分离原理、操作方式、生产工艺、设备装置等方
液-液萃取过程的分类
按性质可分为物理萃取和化学萃取；按萃取对象可分为有机物萃 取和无机物萃取。
液-液萃取的应用举例
19世纪，用于无机物和机物的分离，如1842年用二乙醚萃取硝酸 铀酰，用乙酸乙脂类的物质分离水溶液中的乙酸等。
石油化工：链烷烃与芳香烃共沸物的分离。例如用二甘醇从石脑 油 裂 解 副 产 汽 油 或 重 整 油 中 萃 取 芳 烃 （ 尤 狄 克 斯 法 —Udex process），如苯、甲苯和二甲苯。
化学知识点萃取技巧总结
化学知识点萃取技巧总结一、引言萃取是化学分离和分析中常用的技术手段之一，它通过溶剂对物质的不同亲和性，将需要分离的物质从混合物中萃取出来。
在化学实验室和工业生产中，萃取技术广泛应用于有机合成、分析化学、药物制备等领域。
本文将着重介绍化学知识点中的萃取技巧，包括常见的萃取方法、萃取过程中的关键参数以及萃取技术的应用。
二、常见的萃取方法1. 单级萃取单级萃取是将混合物与一个溶剂接触，通过溶解度差异将需要分离的物质从混合物中分离出来。
单级萃取适用于一些简单的物质分离，如非极性物质和极性物质的分离。
2. 多级萃取多级萃取是在单级萃取的基础上，通过多次萃取提高分离效果。
多级萃取可以通过多次使用新的溶剂，或者重复使用同一种溶剂来实现。
在实际应用中，多级萃取常常能够提高分离效果，特别是对于混合物中含有多种成分的情况。
3. 反萃反萃是将萃取得到的溶液进行再次处理，通过调整萃取溶液的pH值或加入特定的反萃剂将目标成分从溶液中回提出。
反萃常用于分离金属离子或药物中的杂质。
4. 萃取柱萃取柱是一种在实验室中常用的萃取方法，通常用于从大量样品中分离目标物质。
通过将样品溶液以一定流速通过填有固定相的柱子，目标物质通过和固定相的亲和性，从而实现快速的分离和提取。
5. 萃取中最优化方法为了实现更好的分离效果，萃取中常采用各种最适条件，包括温度、pH值、溶剂比例等参数的优化。
通过实验方法和仪器设备，可以辅助确定最优化的分离条件，从而达到更好的萃取效果。
三、萃取过程中的关键参数1. 溶剂的选择溶剂的选择对于萃取的效果至关重要。
它不仅影响到目标成分的溶解度，还会影响到反萃效果和溶液的pH值。
通常来说，选择合适的溶剂是保证萃取效果的关键。
2. pH值的调节在一些特定情况下，通过调节溶液的pH值可以改变目标物质的亲和性，从而有利于提高萃取效果。
比如金属离子的萃取和反萃中，pH值的调节常常是关键的操作步骤。
3. 混合物的物理性质混合物的物理性质，比如密度、相对溶解度等，对萃取过程中的分离效果也有影响。
萃取技术的名词解释
萃取技术的名词解释萃取技术是一种常用的化学分离技术，通过溶剂的选择性提取，将所需物质从混合物中分离出来。
这项技术被广泛应用于化学、制药、环保等领域，起到了重要的作用。
一、萃取技术的基本原理萃取技术基于物质在不同溶剂中的溶解度差异，利用溶剂提取物质。
在萃取过程中，需要选择合适的溶剂，使所需物质在该溶剂中具有较高的溶解度。
溶剂的选择要考虑到目标物质的特性以及目标溶剂的易得性和成本。
二、常见的萃取方法1. 液液萃取：该方法是将所需物质从混合液中通过溶剂的萃取分离出来。
常见的液液萃取方法有分散溶解法、结晶溶解法以及萃取柱等。
2. 固相萃取：该方法是利用固定相吸附剂或强吸附性树脂对目标物质进行吸附分离的过程。
随着科技的不断进步，固相萃取技术也得到了广泛的应用。
3. 膜分离技术：该技术是利用薄膜的渗透性来实现物质的分离。
常见的膜分离技术有纳滤、反渗透、超滤等。
三、萃取技术的应用领域1. 化学领域：在化学合成中，萃取技术是一种常用的分离技术。
例如，有机合成中利用溶剂的选择性萃取可以从反应混合物中提取所需产物。
2. 制药领域：制药工业中，萃取技术可用于纯化药物、去除杂质，提高产品的纯度和效能。
例如，从天然植物中提取药物成分，或者从药物合成中分离纯化所需的中间体或API（Active Pharmaceutical Ingredient）。
3. 环保领域：萃取技术在环保领域发挥着重要作用。
例如，处理废水中的有机污染物、去除大气中的有害气体等，通过萃取技术可以高效地将目标物质从废水或大气中分离出来，减少对环境的污染。
四、萃取技术的挑战与发展萃取技术的发展面临着一些挑战。
首先，溶剂的选择和回收是一个重要的问题。
一方面，溶剂的选择要考虑到溶质的性质，另一方面，对溶剂的回收和再利用也是一个节能环保的问题。
其次，萃取技术在产业化方面还存在一些问题。
例如，部分萃取分离过程需要高投入的设备和设施，增加了生产成本。
因此，在未来的发展中，需要进一步优化萃取过程，减少成本，并且推动其在工业化应用中的发展。
萃取技术PPT课件
清场工作
• 药品归位 • 洗净、收好分液漏斗 • 整理桌面
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感谢您的观看。
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仪器
• 分液漏斗
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• 铁架台
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• 烧杯
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• 装置组合
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注意事项
• ①不可使用有泄漏的分液斗， 以保证操作安全 • ②盖子不能涂润滑剂 加料 振荡 放气 选择较萃取
剂和被萃取溶 检查分液漏斗是否泄漏 液总体积大 一倍以上的分 的方法，通常先加入一定液漏斗。 检查分液漏斗的盖量的水，振荡，看是否泄漏和 旋塞是否严密，萃取剂的选择要根据被萃取物质 在此溶剂中的 溶解度而定，同．时要易 将被萃取 溶液和萃取剂分 于和溶质分离开，最好用 液体分 别由分液漏斗的上口萃取剂应符合下列要求：和原溶液 中的溶剂互不相溶；对溶质的溶解度要远 大于原溶剂，并且溶剂易挥发。在萃取过 程中要注意：①将要萃取的溶液和萃取溶 剂依次从上口倒入分液漏斗，其量不能超 过漏斗容积的2/3，塞好塞子进行振荡。② 振荡时右手捏住漏斗上口的颈部，并用食 指根部压紧塞子，以左手握住旋塞，同时 用手指控制活塞，将漏斗倒转过来用力振 荡。③然后将分液漏斗静置，待液体分层 后进行分液。
萃取原理
• 萃取是利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶 解度不同，用一种溶剂把溶质从它与另一 种溶剂所组成的溶液中提取出来的方法。
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• 萃取又称溶剂萃取或液液萃取是一种用 液态的萃取剂处理与之不互溶的双组分或 多组分溶液，实现组分分离的传质分离过 程，是一种广泛应用的单元操作。 利用相 似相溶原理，萃取有两种方式：
萃取的原理过程及应用
萃取是在两个液相间进行。
大部分萃取采用一个是水相。
另一个是有机相。
但有机相易使蛋白质等生物活性物质变性。
最近，发现有一些高分子水溶液（如分子量从几千到几万的聚乙二醇硫酸盐水溶液）可以分为两个水相，蛋白质在两个水相中的溶解度有很大的差别。
故可以利用双水相萃取过程分离蛋白质等溶于水的生物产品。
例如用聚乙二醇（PEG Mr为6000）/磷酸钾系统从大肠杆菌匀浆中提取β-半乳糖苷酶。
这是一个很有前途的新的分离方法，特别适用于生物工程得出的产品的分离。
萃取技术是一种分离技术，主要用于物质的分离和提纯，这里将介绍几种常用的萃取技术，有溶剂萃取、双水相萃取、凝胶萃取三种，本文将分别从它们的原理、过程及应用三方面介绍，这些技术广泛应用于分析化学、原子能、冶金、电子、环境保护、生物化学和医药等领域。
关键字溶剂萃取双水相萃取凝胶萃取原理过程应用摘要--------------------------------------------------- 1 目录--------------------------------------------------- 2一、溶剂萃取------------------------------------------ 31 原理-------------------------------------------- 32 过程-------------------------------------------- 53 应用-------------------------------------------- 5二、双水相萃取---------------------------------------- 61 原理-------------------------------------------- 62 过程-------------------------------------------- 73 应用-------------------------------------------- 8三、凝胶萃取------------------------------------------ 81 原理-------------------------------------------- 82 过程-------------------------------------------- 103 应用-------------------------------------------- 11 参考文献----------------------------------------------- 11第一章溶剂萃取利用在两个互不相溶的液相中各种组分（包括目的产物）溶解度的不同，从而达到分离的目的。
第03章 萃取分离与逆流分配
④
pH值
• 不仅影响分配系数，而且影响蛋白质和酶的稳 定。因此在溶质是蛋白质和酶的双水相萃取中， pH值的选择以考虑溶质的稳定性为主。
⑤ 离子强度
增加离子强度有利于相分离。
（3）应用
① 适合于分离提取有生物活性的大分子； ② 直接从含菌体的发酵液和培养液中提取目标产品。
优点：使活性物质不失活，操作及设备简单，无 毒、分离规模大。 不足：理论和实用方面有待进一步研究。
溶剂：回流——冷凝——萃取——虹吸入 烧瓶——蒸发——回流……周而复始，被萃取的 物质浓集在烧瓶内。 优点：提取效率高（省溶剂）
（a）较轻溶剂萃取较 重溶液中物质
（b）较重溶剂萃取较轻 溶液中的物质
（c）兼具（a）和（b）
（d）脂肪提取器
图3-4 连续萃取装置
⑤ 超声波提取：
• 适宜于实验室和工业生产。小量提取可利用实 验室的超声波清洗器进行，一般物料比控制在 5∶1～9∶1之间，提取温度控制在30-40℃， 提取次数为2-3次。工业提取可采用专用的超 声波提取机进行，超声功率一般为16002000W，提取时间为30min。该法提取效率极 高，对于热敏性物质尤为合适。 ⑥ 超临界提取（后面讨论）
O OH
葡萄糖 (-)夫糖
O OH
葡萄糖 (-)夫糖
O
CH2OH 柴胡皂甙 a
O
CH2OH
柴胡皂甙 d
3.4 双水相萃取
（1）原理：
0.39%葡聚糖 0.65%甲基纤维素 98.96%水 1.58%葡聚糖 0.15%甲基纤维素 98.27%水
图3-10 等体积的2.2%葡聚糖与0.72% 甲基纤维素的水溶液所形成的双水相
② 聚合物浓度的影响 在一定浓度下（如在10-25%的聚乙二醇中）， 蛋白质在聚合物相的分配随聚合物浓度的增大而 增大。达到一个最大值后，聚合物浓度再增大， 蛋白质在聚合物相的分配反而减小。
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概述 溶液萃取技术 双水相萃取 超临界流体萃取 其他萃取技术
0.1 概述
一、基本概念及分类
概念：萃取是利用溶质在互不混溶的两相之间分 配系数的不同而使溶质得到纯化或浓缩的技术。
分类：
参与溶质 分配的两 相不同
液-固萃取 液-液萃取
萃取原理
物理萃取 化学萃取 双水相萃取 超临界萃取
K ＝ 萃取相浓度/萃余相浓度＝ X／Y 应用条件：(1)稀溶液；(2)溶质对溶剂之
互溶度没有影响；(3)必须是同一种分子类 型，即不发生缔合或离解。
分离因数
若原来的料液中除溶质A以外，还含有溶 质B，则由于A、B的分配系数不同， A和 B就得到了一定程度的分离。如A的分配系 数较B大，这样萃取剂对溶质A和B分离能 力的大小可用分离因数β来表征：
常用聚合物： 聚乙二醇－葡聚糖
聚乙二醇－无机盐系统
无毒原则
双水相体系形成的原因
1. 双水相体系的成因是聚合物之间的不相溶性， 即聚合物分子的空间阻碍作用，相互间无法 渗透，从而分为两相。一般认为，只要两种 聚合物水溶液的水溶性有所差异，混合时就 可发生相分离，并且水溶性差别越大，相分 离的倾向越大。
0.2 溶剂萃取技术
就是在液体混合物(原料液)中加入一种与其 基本不相混溶的液体作为溶剂，构成第二相， 利用原料液中各组分在两个液相中的溶解度 不同而使原料液混合物得以分离。选用的溶 剂称为萃取剂，以S表示；原料中容易溶于S 的组分，称为溶质，以A表示；难溶于S的组 分称为原溶剂(或稀释剂)，以B表示。
2. pH的影响
pH会影响蛋白质中可离解基团的离解度， 因而改变蛋白质所带电荷和分配系数；另外， pH还影响系统缓冲物质磷酸盐的离解程度， 从而影响分配系数。
萃取课件
对萃取剂由以下基本要求：
具有至少一个萃取功能基团 具有足够的疏水性 良好的选择性
有较高的萃取容量
良好的物理性质 另外还要求萃取剂化学稳定性好、无毒性、萃取速 度快、不产生乳化或形成第三相、价廉易得等。
大多数的萃取剂为易溶于有机相的液体，但也
有少数萃取剂是难溶于普通有机相的固体 （8-
如果A和B两种溶质在两相中的分配比分别为DA和DB， 当DA越大，DB越小的时候，则进入有机相的溶质A
就越多，留在水相中的溶质B就越多；
当DA和DB值相差达到一定程度时，A和B就能够分离。
通常用分离因子（或分离系数）β表示两种溶质相 互分离的程度。 显然，分离因子由DA和DB值相对大小决定。 在溶剂萃取中，习惯上定义分配比大的溶质A相对 于分配比小的溶质B的分离因子βA，B
第三章萃取分离法（extraction ）
3.1溶剂萃取 3.2反胶团萃取 3.3双水相萃取 3.4超临界萃取 3.5超生萃取法 3.6微波协助萃取 3.7固相萃取 3.8溶剂微胶囊萃取
溶剂萃取的基本原理
1.为什么溶质会转移？ 2.如何达到分配平衡？
水相：样品液 试剂 萃取体系 有机相：萃取剂 /溶剂
Vaq DVorg Vaq
n ）
萃取进入有机相的被萃物总量为：
Vaq DVorg Vaq
w w 0 w n w 0 [1 (
n ） ]
w0 wn E (%) 100 w0
在实际工作中，对于分配比较小的萃取 体系，可采用多次萃取操作技术提高萃取 率，以满足定量分离的需要。
对于分配比D较大的物质，即使采用等体积萃取一次也 可以达到很高的萃取率，如D=50%的时候，等体积单次 萃取率为98%。
第三章 萃取技术
水溶剂：亲水化合物进入到水相中。
水相
两种不相溶 的液体
有机溶剂：疏水性化合物将进入有 机相中的程度就越大。
有机相
应用: 可用于有机酸、氨基酸、维生素等生物小分子的分离纯化。
液-液萃取步骤
Gas
振荡几次
打开活塞
溶剂体积为样品溶 液的30％-35％。
蒸气逸出（也叫放气）
静置分层 有机相 絮状物 （乳化） 水相
超临界流体 Tc，4Pc 常压液体 15-30℃
常用的超临界流体
临界温度 ℃ 临界压力 MPa 临界温度 ℃ 临界压力 MPa
流体 乙烯
三氟甲烷 三氟-氯甲 烷 二氧化碳
流体 乙烷
一氧化 二氮 丙烯 丙烷
9.25
26.15 28.8 31.04
5.04
4.86 3.87 7.38
32.25
36.5 91.8 96.6
萃取操作示意图
Light phase
杂质
溶质 萃取剂 原溶剂
Heavy phase
萃取、洗涤和反萃取操作过程示意图
分配系数
衡量萃取体系是否合理的 重要参数：
k y/x
y-----平衡时溶质在轻相 中的浓度 X-----平衡时溶质在重 相中的浓度
分配定律的适用条件
稀溶液 溶质与溶剂之间的互溶度没有影响 分子类型相同，不发生缔合或解离
举例：
五、反胶束萃取
1. 反胶束和反胶束系统
反胶束是表面活性剂在有机溶剂中自发形成 的纳米尺度的一种聚集体。
本质仍然是液-液有机溶剂萃取。
用途：氨基酸、肽和蛋白质的分离纯化
反胶束的形成
超临界流体萃取
第三章超临界流体萃取定义：即用超临界流体作为萃取剂的萃取过程一、超临界流体指处于临界温度Tc和临界压力Pc之上的流体（它不是气体也不是液体）。
超临界C02（研究最多、应用最广）1、临界压力(7.39 MPa)适中；2、临界温度(31.1 ℃)接近室温；3、便宜易得；4、无毒、惰性，是理想的绿色溶剂；5、极易从萃取产物中分离出来。
典型应用：咖啡因、植物油脂、天然香料与药物的萃取。
超临界流体的特性（1）密度、粘度和扩散系数的特点密度比气体大得多,与液体接近，使其对溶质有较大的溶解度。
粘度接近气体,比液体小得多。
扩散系数介于气体和液体之间，是气体的几百分之一, 是液体的几百倍。
与液体相比，超临界流体粘度小、扩散系数大使其传质速率大大高于液体。
（2）溶解特性在临界点附近,压力和温度的变化可引起超临界流体密度急剧变化, 相应地使溶质在超临界流体中的溶解度发生急剧变化，因而可利用压力与温度的改变来实现萃取和分离。
有机物在超临界流体中溶解度的变化：低于临界压力时，几乎不溶解；高于临界压力时，溶解度随压力急剧增加。
二、超临界流体萃取原理流体在临界区附近，压力和温度的微小变化，会引起流体的密度大幅度变化，而非挥发性溶质在超临界流体中的溶解度大致上和流体的密度成正比。
利用流体在超临界状态下对物质有特殊增加的溶解度,而在低于临界状态下基本不溶解的特性. （1）超临界流体萃取过程一般分两步（以超临界C02为例）（2）超临界流体萃取特点① 高压下进行，设备及工艺技术要求高, 投资比较大。
② 可以在接近室温下完成(对超临界C02而言),特别适用于热敏性天然产物的分离。
③ 分离工艺流程简单，主要由萃取器和分离器二部分组成，而且萃取和分离通过改变温度和压力即可实现。
④ 超临界流体循环使用，无需溶剂回收设备，不产生二次污染。
⑤ 被萃取物中基本无萃取剂残留。
（1）萃取原料装入萃取釜，超临界C02从釜底进入,与被萃取物料充分接触,选择性溶解出被萃取物。
萃取技术
萃取技术
基本原理 萃取剂的选择和再生 影响萃取效率的因素
萃取技术
+ 四氯化碳
例：含碘的水溶液
萃取技术
气-液
传质过程
固相到液相
液相到液相
基本原理
处理对象 均相混合液
造成两相
利用溶解度差异， 加入一种溶剂--萃取剂
两相状态
液-液
基本原理
萃取剂 所用的溶剂
萃取液
萃取后的溶剂
萃余液
净化后废水
A——溶质 B——原溶剂 S——萃取剂
E——萃取相，ya R——萃余相，xa
萃取流程
萃 取
单级萃取
w1 w 0 KV KV S
多级萃取
wn w0 ( KV KV S )
n
萃取效率的影响因素
萃取效率
萃取剂的 选择
萃取时间 及次数
ห้องสมุดไป่ตู้
电解质的 加入
温度
萃取剂的再生
蒸馏法
当萃取相中各组 分沸点相差较大 时，最宜采用蒸 馏法分离。根据 分离目的，可采 用简单蒸馏或精 馏。
结晶法
投加某种化学药 剂使其与溶质形 成不溶于溶剂的 盐类结晶析出， 从而达到两者分 离的目的。
萃取效率的影响因素
萃取效率
萃取剂的 选择
萃取时间 及次数
电解质的 加入
温度
萃取流程
基本原理
分配定律
在一定温度下，溶质与两种溶剂不发生 分解、电解、缔合和溶剂化等作用时，它在 两液层中浓度之比是一个定值，用公式表示 为： ya / x a = K K是一个常数，称为“分配系数”。
萃取剂的选择
萃取剂萃取能力大，即分配系数大。 与水的密度差别大，粘度小，容易同废 水分离。 有良好的化学稳定性，对设备的腐蚀性 要小。 易于再生，反萃容易。 毒性小，有较低的凝固点，不易燃，不 挥发。 价格低廉，供应充沛。
第三章溶剂萃取法
在含Hg2+，Bi3+，Pb2+，Cd2+溶液中用二苯硫腙—CCl4萃取
• 萃取Hg2+，若控制溶液的pH等于1．则Bi3+，Pb2+，Cd2+不 被萃取 • 要萃取Pb2+，可先将溶液的pH调至4—5，将Hg2+，Bi3+先除 去，再将pH调至9—10，萃取出Pb2+
分离与富集方法介绍
分离与富集方法介绍
一、萃取分离法的基本原理
1．萃取过程的本质 就是将物质由亲水性转化为疏水性的过程。 亲水性物质：离子型化合物，易溶于水而难溶于 有机溶剂的物质。如无机离子，含亲水基团OH,-SO3H,-NH2…的物质， 疏水性或亲油性物质：共价化合物，具有难溶于 水而易溶于有机溶剂的物质。如许多有机化合物， 酚酞，油脂等（含疏水基团-CH3,-C2H5,苯基等）
分离与富集方法介绍
2．分配系数和分配比
（1）分配系数 （2）分配比 （3）分配系数与分配比 （4）萃取百分率 （5） E和D的关系：
分离与富集方法介绍
（1）分配系数
• 分配系数的含义：
[A]O KD = ——————— [A]W
称为分配定律
• 分配定律适用范围：只适用于浓度较低的稀溶液，而且溶 质在两相中以相同的单一形式存在,没有离解和缔合副反应
• 在HCl溶液中．Ti(III)与Cl-配合形成TiCl4-，加入以阳离 子形式存在于溶液中的甲基紫（或正辛胺），生成不带电 荷的疏水性离子缔合物，被苯或甲苯等惰性溶剂萃取。 • GaCl4-、InCl4-、SbCl4-、AuCl4-、PtCl62-、PdCl62-、 IrCl62-、UO2（SO4）32-、Re（NO3）4-等可以采用此法萃取 • 阳离子可以是含碳6个以上的伯、仲、叔胺或含 -NH2的碱 性染料 • 有机溶剂：苯、甲苯、一氯乙烷、二氯乙烷等惰性溶剂
第三章 萃取和浸取技术
第一节 溶剂萃取
图3-3粗略地表示了各类溶剂的互溶性规律，为选择萃取 剂S提供了依据。
图3-2 AB(2)型、AB(3)型举例
图3-3 溶剂互溶性规律
第一节 溶剂萃取
3．溶剂的极性
溶剂萃取的关键是萃取剂S的选择，萃取剂S既要与原溶 剂互不相溶，又要与目标产物有很好的互溶度。根据相似相 溶原理，分子的极性相似，是选择溶剂的重要依据之一。极 性液体与极性液体易于相互混合，非极性液体与非极性液体 易于相互混合。盐类和极性固体易溶于极性液体中，而非极 性化合物易溶于低极性或没有极性的液体中。 衡量一个化合物摩尔极化程度的物理常数是介电常数 ε 。 两物质的介常数相似，两物质的极性相似。物质的介电常数 ε ，可通过该物质在电容器二极板间的静电容量C来确定。
萃取和浸取技术
第三章
第三章
萃取和浸取技术
第一节
溶剂萃取
第二节
浸取
第三节
新型萃取技术
第一节
溶剂萃取
将所选定的某种溶剂，加入到液体混合物中，根据混合 物中不同组分在该溶剂中的溶解度不同，将需要的组分分离 出来，这个操作过程称为溶剂萃取。 萃取操作的基本过程如图3-1所示。原料液（液体混合物） 由A、B两组分组成，若待分离的组分为A，则称A为溶质，B 组分为原溶剂（或称稀释剂），加入的溶剂称为萃取剂S。首 先将原料液和溶剂加入混合器中，然后进行搅拌。萃取剂与 原料液互不相溶，混合器内存在两个液相。通过搅拌可使其 中一个液相以小液滴的形式分散于另一相中，造成很大的相 接触面积，有利于溶质A由原溶剂B向萃取剂S扩散。
第一节
溶剂萃取
（2）水向油中溶解。在溶解过程中，吸收的能量△H1很 大，△H2 较小，但水与油相互作用放出的能量△ H3不足以补 偿吸收的能量，△G > 0,故难以溶解。 （3）油向水中溶解。在溶解过程中，吸收的能量△H1较 小，而由于油的分子量比水大得多，吸收的能量△H2很大， 两者之间作用放出的能量△ H3也不能补偿所需的能量△ H1， △H2，△G > 0，故难以溶解。 （ 4 ）水和乙醇的溶解。两者都有氢键，△ H1，△H2 都很 大，但水和乙醇相互之间能形成氢键，放出的能量△H3足以 补偿吸收的能量，△G < 0,故水与乙醇能以任何比例相互溶 解。
萃取的原理过程及应用
萃取是在两个液相间进行。
大部分萃取采用一个是水相。
另一个是有机相。
但有机相易使蛋白质等生物活性物质变性。
最近，发现有一些高分子水溶液（如分子量从几千到几万的聚乙二醇硫酸盐水溶液）可以分为两个水相，蛋白质在两个水相中的溶解度有很大的差别。
故可以利用双水相萃取过程分离蛋白质等溶于水的生物产品。
例如用聚乙二醇（PEG Mr为6000）/磷酸钾系统从大肠杆菌匀浆中提取β-半乳糖苷酶。
这是一个很有前途的新的分离方法，特别适用于生物工程得出的产品的分离。
萃取技术是一种分离技术，主要用于物质的分离和提纯，这里将介绍几种常用的萃取技术，有溶剂萃取、双水相萃取、凝胶萃取三种，本文将分别从它们的原理、过程及应用三方面介绍，这些技术广泛应用于分析化学、原子能、冶金、电子、环境保护、生物化学和医药等领域。
关键字溶剂萃取双水相萃取凝胶萃取原理过程应用摘要--------------------------------------------------- 1 目录--------------------------------------------------- 2一、溶剂萃取------------------------------------------ 31 原理-------------------------------------------- 32 过程-------------------------------------------- 53 应用-------------------------------------------- 5二、双水相萃取---------------------------------------- 61 原理-------------------------------------------- 62 过程-------------------------------------------- 73 应用-------------------------------------------- 8三、凝胶萃取------------------------------------------ 81 原理-------------------------------------------- 82 过程-------------------------------------------- 103 应用-------------------------------------------- 11 参考文献----------------------------------------------- 11第一章溶剂萃取利用在两个互不相溶的液相中各种组分（包括目的产物）溶解度的不同，从而达到分离的目的。
第三章 溶剂萃取分离法-xin
V水 V有 D
5
V水 V有
)
n
4 . 07 10
0 . 018 (
V水 /V有 40 ＋ V 水 / V 有
〕
2
V水/V有=2
第二节 溶剂萃取分离法
例6. 某物质的水溶液100 mL，用5份10 mL萃取剂溶液
连续萃取5次，总萃取率为87 % ，则该物质在此萃取体系
中的分配比是多少?
解：
解：
0 . 84 D
D VW VO
D = 5.25
第二节 溶剂萃取分离法
0 . 97 1 (
VW DV O V W
)
n
0 . 03 (
1 D 1
)
n
(
1 6 . 25
)
n
1.523=0.795n 即n=2(次)
n=1.9
第二节 溶剂萃取分离法
例4.弱酸HA在CH3Cl和水中的分配比为8.20，取
一、溶剂萃取的发展史
1842年，Peligot首先用二乙醚萃取硝酸铀酰。 1863年，Brawn将二乙醚用于硫氰酸盐的萃取。 1892年，Rothe等用乙醚从浓盐酸中萃取HFeCl4 1872年，Berthelot提出了萃取平衡的关系式。
1891年，Nernst提出Nernst分配定律。
20世纪40年代，自采用TBP（磷酸三丁酯）作为核燃 料的萃取剂以来，萃取技术得到了更广泛的发展。
E mo mn mo
0 . 87 1 (
mo mo
mn mo
)
5
设 m o 1g ,
0 . 87 1 (
则： E 1 m n
100
第三章萃取技术
4、萃取剂的生物相容性
针对萃取发酵体系的特点，萃取剂的选择不但要考虑提供较 大的萃取能力，而且还应注意生物相容性，即萃取剂的毒性 对发酵过程中菌株生长的影响。这是萃取发酵耦合过程与一 般萃取过程的最大区别所在。
采用胺类萃取剂的络合萃取过程，可以有效地分离有机酸的 稀溶液，获得较好的萃取效果，即使在较高的PH值条件下 （PH>PKa），仍可满足在线提取发酵产物的要求。
2、由于氯化氢自身的特点（与水形成最高共沸物），要求 硫酸必须为浓硫酸，负产的氯化氢也需处理。
3、高温、强酸带来的腐蚀问题严重，静设备表面需涂敷耐 酸保温材料，动设备须用碳化硅制作，投资相应加大。
4、反应系统中以固体物料的形式输送，反应速度慢，传热 效果差，严重影响设备生产能力，目前单台套设备生产 能力小于3万吨/年。
由于二氧五环为小分子环醚，和水的亲和力非常大利 用萃取工艺从共沸物中去掉水或二氧五环均较困难， 如何分离，既节能又简化工艺。
二氧五环传统生产工艺
甲醛溶液 乙二醇
产品
有机废水
反应精馏串联萃取精馏工艺流程
甲醛溶液 乙二醇
产品
含少量甲醛 的工艺水
反应萃取精馏生产二氧五环工艺
乙二醇 甲醛溶液
产品 二氧五环
萃取剂的生物相容性只反应了溶剂与菌株直接接触对其生长 的影响，改变接触方式或操作方式会削弱萃取剂对菌株的影 响。通过研究溶剂对菌株的毒性机理发现，溶剂的毒性对细 胞生长的影响有两条途径：①溶剂的夹带作用；②溶剂的水 溶部分。固定化细胞床可有效阻止夹带溶剂与细胞的接触。 固定化细胞床层中加入大豆油可以捕捉扩散进入床层的溶剂 的溶水部分，以缓解溶剂对菌株的毒性作用。所以，在萃取 发酵过程中可以使用毒性较大、萃取效率较高的溶剂，但需 要通过细胞固定化等操作方式，削弱萃取剂毒性对细胞生长 的影响，实现萃取发酵的过程。
第三章 固相萃取技术
一、概述
与液液萃取相比，固相萃取具有如下优点： 与液液萃取相比，固相萃取具有如下优点： ①回收率和富集倍数高②有机溶剂消耗量低，可 回收率和富集倍数高②有机溶剂消耗量低， 减少对环境的污染③采用高效、高选择性的吸附 减少对环境的污染③采用高效、 剂，能更有效的将分析物与干扰组分分离④无相 能更有效的将分析物与干扰组分分离④ 分离操作过程，容易收集分析物⑤ 分离操作过程，容易收集分析物⑤能处理小体积 试样⑥操作简便、快速，费用低， 试样⑥操作简便、快速，费用低，易于实现自动 化及与其他分析仪器连用。 化及与其他分析仪器连用。
从非极性溶剂样品中萃取极性中萃取极性化合物化合物表面表面siohsioh中等强度的吸附剂适用于从非极性基体中吸附极性化合中等强度的吸附剂适用于从非极性基体中吸附极性化合硅胶是一种酸性吸附剂可以吸附酸性有机酸类或中性的极性化硅胶是一种酸性吸附剂可以吸附酸性有机酸类或中性的极性化合物由于表面的硅醇基可以释放出弱酸性的氢离子又作为一种弱合物由于表面的硅醇基可以释放出弱酸性的氢离子又作为一种弱酸性阳离子交换剂吸附碱性化合物生物碱类胺类
b.上样 b.上样品进入吸附剂。采取手动或 泵以正压推动或负压抽吸方式，使液体样品以适当 流速通过固相萃取柱，此时，样品中的目标萃取物 被吸附在固相萃取柱填料上。
b.上样 b.上样
c.洗去干扰物质 c.洗去干扰物质
目的是为了除去吸附在固相萃取柱上的少量 基体干扰组分。 基体干扰组分。 一般选择中等强度的混合溶剂，尽可能除去 基体中的干扰组分，又不会导致目标萃取物 流失。 反相萃取体系常选用一定比例组成的有机溶 剂-水混合液，有机溶剂比例应大于样品溶液 而小于洗脱剂溶液。
固相萃取（SPE） 固相萃取（SPE）是利用固体吸附剂将液体样品中 的目标化合物吸附， 的目标化合物吸附，与样品的基体和干扰化合物分 离，然后再用洗脱液洗脱，达到分离和和富集的目 然后再用洗脱液洗脱， 的。先使液体样品通过一装有吸附剂（固相）小柱 先使液体样品通过一装有吸附剂（固相） ，保留其中某些组分，再选用适当的溶剂冲洗杂质 保留其中某些组分， ，然后用少量溶剂迅速洗脱，从而达到快速分离净 然后用少量溶剂迅速洗脱， 化与浓缩的目的。 化与浓缩的目的。
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3、对萃取剂的其它要求
萃取剂的选择，除了考虑萃取剂的选择性以外，还需要考虑 以下几个方面。 1）沸点适当的高，萃取剂的沸点应比被分离组分的沸点高出 许多，以避免形成恒沸液，也便于萃取剂的回收和减少萃取 剂的损失。但萃取剂的沸点也不宜太高，否则萃取剂回收塔 的釜温高，有时不得不采用减压精馏。此外回收塔釜温高， 萃取剂循环过程的热量消耗大。 2）与被分离组分的互溶性好，避免分层。 3）容易回收循环使用。 4）使用安全、毒性小、腐蚀性小、可燃性低。 5）性能稳定。 6）价格低、来源充足。
传统工艺存在的四方面缺陷：
1、耗能多，反应温度在500～600℃之间，必须使用高温烟 道气作为热源，由于煤燃烧过程中会产生大量的煤灰， 在后续氯化氢吸收过程中溶解进入盐酸中，使得盐酸因 含盐而无法利用，因而只能用天然气或燃料油作为热源。 2、由于氯化氢自身的特点（与水形成最高共沸物），要求 硫酸必须为浓硫酸，负产的氯化氢也需处理。 3、高温、强酸带来的腐蚀问题严重，静设备表面需涂敷耐 酸保温材料，动设备须用碳化硅制作，投资相应加大。 4、反应系统中以固体物料的形式输送，反应速度慢，传热 效果差，严重影响设备生产能力，目前单台套设备生产 能力小于3万吨/年。 如果能不断把生成的氯化氢转变成其它氯化物，同样也 可起到降低氯化氢浓度，促进反应进行的效果。
三、萃取精馏的操作条件
2、萃取剂的加入量 通常萃取剂的加入量多，塔内液相中萃取剂的浓度 高，被分离组分间的相对挥发度大，所以萃取剂的用量 一般较大。萃取剂量大的不利影响是使板效率降低，一 般萃取剂浓度在0.4~0.9（摩尔分数）之间。 3、回流比 对于普通精馏，增大回流比，使传质推动力增大， 分离所需理论板数减少。对于萃取精馏，情况就不尽然。 增大回流比，固然有其有利的一面，但也有其不利的一 面。因为回流比增大，使板上液体中萃取剂的浓度降低， 被分离组分间的相对挥发度减小。所以回流比的选择需 要从这两个方面考虑确定，通常存在一最佳回流比。
三、萃取精馏的操作条件
1、进料状态 萃取精馏所用萃取剂的沸点要比进料中各 组分的沸点高的多，所以在其自上而下的过程 中，近于恒摩尔流，它在精馏段和提馏段中各 塔板上的流量几乎保持恒定。如果是气相进料， 则精馏段与提馏段的回流液中萃取剂的浓度相 同。如果进料是液体，提馏段中向下流的总液 量增大，萃取剂的浓度降低。为了避免提馏段 中萃取剂被稀释对分离不利，最好采用气相进 料。
萃取精馏技术 工艺流程示意图
组分A 组分B
进料
萃 取 精 馏 塔
萃取剂
补充萃取剂
再 生 塔
萃取剂循环
二、萃取剂的选择
选择一种适当的萃取剂是设计萃取精馏过 程的关键。萃取剂的选择需要考虑一系列因素， 其中首要的是萃取剂的选择性，要求在萃取剂 用量较少时就有较好的选择型，一般选择性大 于2才能认为是较好的萃取剂。 1、萃取剂的选择性 萃取精馏溶剂选择性定义为有萃取剂和无 萃取剂两种情况下轻重关键组分的相对挥发度 之比
第三章萃取技术
本章所讲的萃取技术，不是常规 意义上的萃取，而是对萃取技术的改 进和升华。本章所涉及的萃取包括五 个方面，分别是： ①萃取精馏技术； ②反应萃取技术； ③萃取屏蔽技术； ④双水相萃取。 ⑤超临界流体萃取
第一节 萃取精馏技术
一、萃取精馏过程及特征 当混合液中二组分的沸点接近，或形成共沸物，而用 普通精馏很难或不可能将他们分离成二个纯组分时，可以 考虑采用萃取精馏。 萃取精馏的原理是在精馏过程中外加一种与混合液中 某一组分有较强亲和力，且沸点较高的溶剂（或称萃取 剂），使两组分之间的相对挥发度增大，因而可以比较容 易地用精馏方法分离。如甲缩醛与甲醇形成共沸物，而且 共沸温度41.85℃，与甲缩醛的沸点42.3℃相差无几，无法 利用普通精馏将其分离。对此恒沸溶液，可以加入多元醇 （乙二醇、甘油等），进行萃取精馏。因为乙二醇和甲醇 的亲和力较强，它的加入使甲醇和甲缩醛的相对挥发度加 大，精馏结果可以得到甲缩醛和甲醇。
四、萃取精馏的适用范围
萃取精馏既要考虑沸点，又要考虑极 性，而普通的萃取仅需考虑极性。A、 B两种物质形成共沸物时，且A组分的 沸点低，B组分的沸点高。当去除B时 用萃取精馏非常合适，如去除A时，则 需根据极性的差异采用一般的萃取技 术。 从分离效率上看萃取精馏的分离效果 远大于普通萃取，能用萃取精馏则不 用一般的萃取。
环氧乙烷的绿色生产工艺
尾气 工艺水 产品 尾气 石灰乳
氯气
乙 烯
高浓度氯化钙
三、反应萃取结晶技术
钾肥是三大肥料之一，由于氯化钾中的氯根对 植物生产有一定的负面影响，目前的钾肥主要 是硫酸钾。硫酸钾生产的主要原料是硫酸和氯 化钾 化学反应为： H2SO4 + KCI ↔ KHSO4 + HCI KHSO4 + KCI ↔ K2SO4 + HCI 第一步反应较容易，由于氯化氢的酸性远大于 酸式盐的酸性，第二步反应中硫酸氢盐将氯化 钾中的氯置换出来将变得相当困难。为此工业 上通过采用高温反应，不断将生成的氯化氢蒸 出，以确保反应进行的比较彻底。
4、萃取剂的生物相容的特点，萃取剂的选择不但要考虑提供较 大的萃取能力，而且还应注意生物相容性，即萃取剂的毒性 对发酵过程中菌株生长的影响。这是萃取发酵耦合过程与一 般萃取过程的最大区别所在。 采用胺类萃取剂的络合萃取过程，可以有效地分离有机酸的 稀溶液，获得较好的萃取效果，即使在较高的PH值条件下 （PH>PKa），仍可满足在线提取发酵产物的要求。 萃取剂的生物相容性只反应了溶剂与菌株直接接触对其生长 的影响，改变接触方式或操作方式会削弱萃取剂对菌株的影 响。通过研究溶剂对菌株的毒性机理发现，溶剂的毒性对细 胞生长的影响有两条途径：①溶剂的夹带作用；②溶剂的水 溶部分。固定化细胞床可有效阻止夹带溶剂与细胞的接触。 固定化细胞床层中加入大豆油可以捕捉扩散进入床层的溶剂 的溶水部分，以缓解溶剂对菌株的毒性作用。所以，在萃取 发酵过程中可以使用毒性较大、萃取效率较高的溶剂，但需 要通过细胞固定化等操作方式，削弱萃取剂毒性对细胞生长 的影响，实现萃取发酵的过程。
Sij=(aij)有萃取剂/(aij)无萃取剂
2、影响萃取精馏选择性的因素
1）萃取剂浓度 一般来说，萃取剂浓度高，选择性高； 2）待分离体系的组成 待分离组分的相对浓度对选择性有影响。如 果组分i和萃取剂体系的非理想性大于组分j和 萃取剂体系的非理想性，则在萃取剂浓度恒定 的情况下，减少组分i的量对γi的影响要比减少 组分j的量对γj的影响大，因此组分i的浓度小， 选择性就大。 3）温度 温度升高，选择性降低。
二氧五环传统生产工艺
甲醛溶液 乙二醇
产品
有机废水
反应精馏串联萃取精馏工艺流程
产品 甲醛溶液 乙二醇
含少量甲醛 的工艺水
反应萃取精馏生产二氧五环工艺
乙二醇 甲醛溶液 产品 二氧五环
水
第二节 反应萃取技术
反应与萃取的耦合过程主要是解决反应过 程中因产物抑制所引起的产率和转化率低的问 题而发展起来的。它同样是强调输出的牵引， 而不是靠增加输入物质和能量的推动。当体系 的沸点太高时，或者产生大量的固体物难以精 馏时，最有效的办法是反应萃取。萃取过程与 反应过程的在线连接，通过萃取分离过程将反 应所得产物不断地移出反应系统，使反应过程 向生成产物的方向进行，从而提高转化率和产 品收率。
2、萃取发酵耦合过程的特点
有机酸发酵是产物抑制过程，因此，发酵液 中产物的浓度较低，通常情况下，产物的浓度 低于10%。由于未解离的有机酸产生的抑制作 用远大于有机酸根离子的抑制作用，发酵过程 一般在PH值大于产物酸的PKa的发酵条件下 进行的，有必要维持最佳的PH值操作。 萃取剂主要萃取未解离的有机酸自由分子， 为了达到明显的萃取效果，需要较低的PH值 条件。这里存在着一个矛盾，即要求PH<PKa， 是有机酸萃取过程的需要；要求PH>PKa，是 有机酸发酵过程的需要。寻找在较高PH值条 件下具有较好的萃取能力且易于再生的萃取剂 十分必要。
五、萃取精馏与反应精馏的耦合
将萃取精馏技术与反应精馏技术耦合在 一起，在提高反应转化率的同时，可以绕过 共沸组成，得到高浓度产品。 以二氧五环的生产为例，阐述萃取精馏 与反应精馏的耦合的优势。 二氧五环的生产原料：甲醛、乙二醇。 反应方程式：
HCHO + HO-CH2-CH2-OH === H 2C O H 2C O CH2 + H2O
1、发酵过程的产物抑制
在许多发酵过程中，过程转化率受到产物的抑制。 具体地说，微生物的生长率与生成的产物有关， 产物的浓度越高，微生物的增长速率越低，即产 物的生成对反应过程的进一步进行起到阻碍作用， 影响了过程的转化率。有机酸的发酵过程是典型 的产物抑制发酵过程。在用乳酸菌发酵生成醋酸 的生物反应过程中，醋酸的生成抑制了细胞的生 长，并延长了发酵的时间。 进一步探讨有机酸发酵过程的产物抑制机理可以 发现，未解离的有机酸产生的抑制作用远大于有 机酸根的抑制作用。
一、反应萃取在生化方面的应用
利用发酵技术可以生产的有机物还是 比较多的，如丁醇、丙酮、乳酸等有 机酸。既然是发酵，就离不开微生物， 而微生物发挥较高活性是有一定的条 件的，如合适的PH值，温度等。因为 萃取通常可在室温下进行，温度条件 合适是没有问题的，关键是如何把发 酵产物酸移出，以确保适宜的酸碱度。
由于发酵液中通过菌株的代谢产酸，萃取过 程不应破坏菌种的生长，必须考虑萃取剂的生物 相容性，并采用不同的操作方式，如细胞固定化、 中空纤维膜萃取、弱碱性树脂或离子交换树脂等， 防止发酵菌株与溶剂在相水平上的直接接触，尽 力避免萃取剂的毒性对菌株生长的影响。 总之，萃取发酵过程的实施关键在于，在较 高的PH值条件下，极性有机物稀溶液环境中，寻 求萃取剂应有较强的萃取能力、萃取剂再生的经 济性和的生物相容性的结合，提高过程的总体效 率。
乳酸菌发酵过程中微生物的生长速率