溶剂萃取和浸取

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， 则有利于互溶，否则不利于互溶。
溶剂互溶图
3、溶剂的极性

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。
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C0是没有介质时 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，寻找极性相近的 溶剂作为萃取溶剂，萃取效果好。
（3）B型溶剂：只有电子供体的溶剂，如酮、醛、醚、 酯等。 （4）AB型溶剂：同时具有电子受体A—H和供体B的溶 剂，可缔合成多聚分子。



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(1)型：交链氢键缔合溶剂，如水 AB(2)型：直链氢键缔合溶剂 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。

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0.1～0.5mm。

切片：减小水溶剂从水相主体扩散到每个细胞的 距离。
二、浸取速率
浸取过程：

(1)溶剂从溶剂主体传递到固体颗粒的表面；


(2)溶剂扩散渗入固体内部和内部微孔隙内；
(3)溶质溶解进入溶剂；
萃取操作流程
单级萃取 多级萃取
多级错流萃取 多级逆流萃取
1、单级萃取

单级萃取是使用一个混合器和一个分离器的萃取操 作，即溶质在萃取剂和料液中达到一次平衡。
单级萃取流程示意图
单级萃取的理论计算
K = c1/c2 = 萃取相浓度/萃余相浓度 萃取因素(E)：溶质在萃取相和萃余相中数量之比。 浓缩比(m)：料液体积(VF)与萃取剂体积(VS)之比。 E = KVS/VF = K/m 萃余率(φ)：φ = 1/(E+1) 理论收得率：1-φ = E/(E+1) 理论收得率的假定： ① 萃取相和萃余相很快达平衡，加一次萃取剂就是一级。 ② 两相完全不互溶，在分离器中能完全分离。

在溶质B的影响下溶剂分子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与前面的相同： 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。



（3）溶质质点B进入溶剂A形成的空位

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。


它的优点：①操作方便、密闭性好； ②萃取剂用量少；③占地面积小。
多级萃取设备——转盘塔
转盘塔内有一机械搅拌 装置 转盘塔适用于小于5～7 个理论级的各种规模的 萃取操作。


第二节 浸取
浸取也称为浸出，用某种溶剂把有用物质从固体 原料中提取到溶液中的过程。
一、浸取过程的应用
生物物料的浸取前加工
青霉素

K0为分配系数，Kp为电离常数 C2 = 青· COOH+青· -，K = c1/c2，K为表观分配系数 COO

K和K0、Kp的关系式可经理论推导：
K=K0[H+]/(Kp+[H+])（弱酸）；K=K0Kp/(Kp+[H+])（弱碱）
分离因数β

如果料液中除溶质A以外，还有溶质B。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： β = (c1A/c1B)/(c2A/c2B)

③ 二级逆流萃取
E = KVS/VF = 35×[(1/2)/1]= 17.5 n = 2
1-φ=(En+1-E)/(En+1-1)=(17.53-17.5)/(17.53-1)=99.7％

三种萃取过程中，以逆流萃取收率最高，溶剂用量最少。
三、乳化和去乳化
1、乳化

乳化：液体（分散相）分散在另一种不相溶的 液体（连续相）中的现象。 乳化带来的问题：有机相和水相分相困难，出 现夹带，收率低，纯度低。 有机相 水相 乳化层 （乳浊液）

1、单级萃取设备 2、多级萃取设备
多级萃取中最常用的设备萃取塔，其中脉动塔
和转盘塔应用广泛。
多级萃取设备——脉动塔

脉动就是使塔内液体作往复运动，借 此向液体提供能量，促使分散相的细 碎与均布，从而强化塔内的萃取过程。 脉动筛板塔适合于处理量＜20m3/h的 场合或物系较难分离、要求较高的场 合；处理含有固体＜15％的悬浮液。

乳浊液形成
乳化现象的产生必需有第三种物质的出现，这种物 质就是表面活性剂，所以表面活性剂又称为乳化剂。
乳浊液形式
油滴分散于水相中的乳浊液称为水包油型(O/W) 水滴分散于有机相中的乳浊液称为油包水型(W/O)
O/W
W/O
乳浊液的稳定
乳浊液稳定性和下列几个因素有关：

① 界面上保护膜是否形成

(4)溶质通过固体微孔隙通道中的溶液扩散至固 体表面，并进一步进入溶剂主体。
1、分子扩散的费克(Fick)定律
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

E2 = KVS/VF = 35×[(1/10)/1]= 3.5
1-φ=1/[(E1+1)(E2+1)]=1-1/[(17.5+1)(3.5+1)]=98.8％
萃取剂消耗少，萃取液产物浓度高。
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


T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。
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
溶剂萃取和浸取
溶剂萃取
溶剂萃取又称液液萃 取，是一种利用物质 在两个互不相溶的液 相中分配特性不同来
进行分离的过程。
几个概念



溶质：被萃取的物质。 萃取剂：用来萃取产物的溶剂。 料液：供提取的溶液。 萃取液：溶质转移到萃取剂中后形成的溶液。 原溶剂：原先溶解溶质的溶剂。 萃余液：被萃取出溶质后的料液。

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。

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、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。
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：

（1）混合（混合器）：料液和萃取剂密切接触； （2）分离（分离器）：萃取相与萃余相分离； （3）溶剂回收（回收器）：萃取剂从萃取相中除 去，并加以回收。
多级萃取
多级逆流萃取是溶剂与料液互成逆流接触的萃取。
多级逆流萃取流程示意图
多级逆流萃取的理论计算

设萃取因素为E，萃取级数为n则 萃余率：φ = (E-1)/(En+1-1) 理论收得率为： 1-φ = (En+1-E)/(En+1-1)

多级逆流萃取的特点：料液与萃取剂走向相反， 只在最后一级中加入萃取剂，与错流萃取相比，

② 液滴是否带电
③ 介质的粘度
2、破乳化

当表面活性剂的亲水基团强度大于亲油基团，易形 成O/W型乳浊液；反之则易生成W/O型乳浊液。

由蛋白质形成的乳浊液多是O/W型，其粒径在2.5～ 30μm之间。
破乳方法：物理法（过滤、离心、加热、吸附、稀 释）、化学法（加电解质）、顶替法、转型法

四、萃取设备简介
2、多级萃取
多级错流萃取是由几个萃取器串联所组成的操作。
多级错流萃取流程示意图
多级错流萃取的特点： 每级都加入新溶剂，溶剂消耗量大，得到萃取液 产物平均浓度较稀，但萃取较完全。
多级错流萃取的理论计算




第一级萃取因素为E1，萃余率为： φ1 = 1/(E1+1) 第二级萃取因素为E2，萃余率为： φ2 = φ1[1/(E2+1)]= 1/[(E1+1)(E2+1)] 依此类推，经n级萃取后，萃余率为： φn = 1/[(E1+1)(E2+1)…(En+1)] 经n级萃取后，总理论收得率为： 1-φ = 1-1/[(E1+1)(E2+1)…(En+1)]
的空位

（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

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

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，作用 力包括较强的氢键力和较弱的范德华力。 氢键力：A—H‥‥B 接受电子的部分A—H，即电子受体 给出电子的部分B，即电子供体

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：

（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。 （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。

pH值影响选择性 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，则应根据其酸性 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
水相条件的影响——温度

T影响萃取速度：T↑→分子扩散速度↑ T影响分配系数： 例：红霉素、螺旋霉素― T↑→ 水中的溶解度↑


溶剂的介电常数
好的萃取剂应满足以下几点要求

① 萃取容量大；
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 度小，且粘度小； ④ 易回收和再生；



⑤ 化学稳定性好，不易分解，对设备腐蚀性小；
⑥ 经济性好，价廉易得；
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
萃取剂 萃取液 溶质
Light phase
杂质
Heavy phase
萃余液
原溶剂
溶剂萃取的优点

（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；
（3）比蒸馏法能耗低；
（4）生产能力大，周期短，便于连续操作，
容易实现自动化控制。
第一节 溶剂萃取
一、溶剂萃取过程的理论基础

此过程放出能量。
放出能量的大小有以下规律： 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＜B被A溶剂化

溶剂化也称为溶剂合化，是指一定数目的溶剂分 子较牢固地结合在溶质质点上。
“相似相溶”原理
有两方面的相似：

一是分子结构相似，如分子的组成、官能团、 形态结构的相似； 二是能量（相互作用力）相似，如相互作用力 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。

分配定律是指在一定条件下，溶质分布在两个互 不相溶的溶剂里，达到平衡后，它在两相的浓度 比为一常数，这个常数称为分配系数K。 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：

（1）必须是稀溶液；
（2）溶质对溶剂的互溶没有影响； （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。
= (c1A/c2A)/(c1B/c2B)
= KA/KB

如果A是产物，B为杂质，分Fra Baidu bibliotek因数为：β = K产/K杂
β越大，A、B的分离效果越好，即产物与杂质越容易分离。
5、水相条件的影响——pH值

pH值影响分配系数
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时，等于14.4。
1、物质的溶解和相似相容原理 从热力学角度看，一个过程要能自动进行，体系 的自由能应降低。 ΔG = ΔH - TΔS ΔH = ΔE + Δ(pV) ΔG = ΔE + Δ(pV) - TΔS
从能量变化角度把溶解过程分为三个过程

（1）溶质B各质点的分离 （2）溶剂A在溶质B的作用下形成可容纳B质点