第二章 萃取法+超声波提取技术

方向性好
超声波的波 长短，衍射 效应不显著， 可近似地认 为超声波沿 直线传播， 传播的方向 性好。
穿透力强
超声波的穿透 本领大，特别 在液体和固体 中传播时，衰 减很小；在不 透明的固体中， 也能穿透几十 米的厚度。
超声波的实际应用

超声探测
超声波Βιβλιοθήκη Baidu易被会集成一束，可以定向发射，遇到障碍
物又会反射回来，并且在水中能够传播得很远。于是
例2 有100mL含物质A 10mg的水溶液，用90mL 石油醚分别按下列情况萃取(D=85)：(1) 全量一 次萃取；(2) 每次用30mL分3次萃取。求水相中 剩余A的质量和萃取率q各为多少? 解：(1) 全量一次萃取： m0=10mg，V水=100mL，V有=90mL 水相中剩余的A的质量为：
蒸气逸出（也叫放气）
打开活塞 振摇几次
加入萃取剂
有机相
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萃取在操作中的存在问题与注意事项


1）萃取前先用小试管做预实 验，观察萃取后两液层分层现 象和萃取效果。 2）用分液漏斗分离两液时， 先打开上口玻璃塞使空气流通， 在慢慢开启下端活塞，使下层 液体从下端缓缓流出，而上层 液体则应从分液漏斗的上口倒 出，避免污染。
例1：在水介质中，用乙醚萃取物质A时，分 配系数D = 18，若萃取A时V水 = V有，则A的 萃取率q = ?
解：
当V有 V水时，
D q 100 % D V水 / V有
D 18 q 94.7% D 1 18 1
影响萃取效果的因素
萃取次数的影响 萃取剂的选择
萃取次数的影响
萃取剂的选择

1）萃取剂与提取液应不相混溶，两溶剂的密度差 异明显，且充分振摇静置后，能较好的分层。 2）有效成分（或其他成分）在萃取剂中应具有较 大的溶解度，而其他成分（或有效成分）在萃取 剂中的溶解度要小，即二者的分配系数相差越大 越好，分离效率越高。如果在水提取液中的有效 成分是不溶于水的亲脂性的物质，一般多用亲脂 性有机溶剂，如苯、石油醚做萃取剂；如果有效 成分是偏于亲水性的物质，在亲脂性溶剂中难溶 解，就需要改用弱亲脂性的溶剂，如乙酸乙酯、 丁醇、水饱和的正丁醇等。
2.能耗低
施加小功率的超声波即可破碎提取大量的物料，且 提取过程可在室温下进行，无需大功率电源。与常 规的溶剂提取法相比，单位能耗可下降一半以上。
超声波提取的特点
3.提取物的质量高
由于提取过程不需加热，因而可最大限度地保持物料
中原有的各种有效成分，尤其是热敏性有效成分的性 质。同时由于提取时间较短，因而可降低提取物中的 杂质含量，提高提取物的质量。 4.提取物的提取率高 超声波可使植物细胞壁及整个生物体破裂，使原材料 中的有效成分得以充分释出，从而提高目标提取物的 提取率。且超声波提取是一个物理过程，在整个浸提
设体积为V水的水溶液中含有质量为m0的A物质， 若用体积为V有的有机溶剂萃取一次，平衡时， 水相中剩余A的质量为m1，即萃取到有机相的A 质量为m0- m1。则：
C有 (m0 m1 ) /(M V有 ) (m0 m1 ) / V有 D C水 m1 /(M V水 ) m1 / V水
萃取剂的选择


3）萃取剂的选择应根据分离物质的极性而定。具 体是分离亲水性强的皂苷类成分时多选用正丁醇 和水作两相萃取；分离弱亲脂性的黄酮类成分时， 多用乙酸乙酯和水作两相萃取。 4）沸点较低，易回收 5）价格低，毒性小，不易着火。
表 3—4 名称
常用萃取剂 密度（g·mL-1） 0.63～0.65 0.69 0.71 0.87 0.88 0.81 0.90 1.34 1.50 1.59
二、萃取法（液—液萃取）
定义：萃取法，又称液— 液萃取法，一般是指两相 溶剂萃取法，是天然产物 分离中常用的分离方法。 是指在提取液中加入一种 与其不相混溶的溶剂（即 萃取剂），充分振摇增加 两相接触的面积，使原提 取液中的某种成分转溶至 萃取剂中，而其他成分仍 保留在原提取液中，待两 相完全分层后，分离两相。
超声振荡
利用超声波使清洗液产生 剧烈的振荡，可以把物品 表面的污物除掉，如清洗 眼镜片。医生用超声波击 碎人体内的胆结石，使之 可以顺畅地排出体外。
超声提取
超声提取主要是利用超
声振动的方法使溶剂快
速地进入固体物质中，
使其中所含有效成分尽
可能完全地溶于溶剂中。
超声波提取的特点
1.效率高 采用超声波技术来强化提取过程，提取时间仅为常 规溶剂提取法的几分之一，因而提取效率较高。
超声波提取设备


超声波提取设备主要由提取槽、超声波发生器和 电源等部分组成。 提取槽是盛放提取物系的容器，一般由不锈钢制 成，其内安装有加热及控温装置，底部粘接超声 波换能器。 超声波发生器是超声波提取设备的关键部件，其 作用是将电能转换成机械能，因而又称为换能器。
目前，超声波提取设备 已实现商业化生产,可 以满足小试、中试和大 生产的需要。右图是国产 HF型超声波提取设备的外 形图,有多种型号,其中HF2.5B型适用于实验室中小 试研究,HF-50B型适用于中 试研究,而HF-500B型则可 用于工业规模的提取。
实验室小型超声波提取仪
超声波提取机
萃取在操作中的存在问题与注意事项
破乳方法： 静置法 较长时间放置并不时旋转，令其自然分层，然后再 进行萃取处理。 盐析法 加入一些食盐增加水相的密度，使絮状物溶于水中， 迫使有机物溶于有机相萃取剂中 。 机械法 用玻璃棒不断搅拌进行机械破乳。 离心法 主要是利用相对密度差异促使分层。
（2）每次用30 mL分3次萃取时： m0=10mg， V水=100mL，V有=30mL 水相中剩余的A的质量为：
通过本题得到的结论

同量的萃取溶剂,分几次萃取的效率比 一次萃取的效率高。
萃取次数的影响


溶液中各组分的分配系数相差较大时，分次萃取 能达到充分分离的效果，实际萃取中，都是将一 定量的萃取剂分为等量多次萃取，而不用一次全 量萃取。这是因为多次萃取比一次萃取效率高。 萃取应遵循少量多次的原则，一般萃取3-5次即可。 但亲水性较大的成分不易转入有机溶剂层时，须 增加萃取次数，或改变萃取溶剂。

萃取法的应用


如果已经知道要得到的目的化合物的结构时，可以直 接根据相似相溶的原理和有关萃取剂选择的规律，去 选择一种合适的萃取剂把目的化合物萃取出来。 通常情况下，往往不知道化合物的结构，而提取液常 是含有极性差别很大的有机化合物的混合物，这时一 般先用3—4种不同极性的有机溶剂，由低极性到高极 性将提取液分步进行萃取，把提取物分成不同极性范 围的部分，然后再对每一部分进行逐步的分离分析。 这种方法是系统分析法。
石油醚（沸点 60-90℃） 己烷 乙醚 甲苯 苯 正丁醇 乙酸乙酯 二氯甲烷 氯仿 四氯化碳
萃取方法
分次萃取法：小量萃取在分液漏斗中进行，中量 萃取在下口瓶中进行，大量萃取在萃取罐中进行。 实验室常用仪器：分液漏斗。分为球形和梨形
球型
梨型
萃取操作过程
分液漏斗
有机相 水相
溶剂与样品水溶液应保持 一定的比例，第一次提取 时溶剂要多一些，一般为 样品水溶液的1/3，以后 的用量可以少一点，一般 为1/4—1/5。
简单点说给你听
萃取是根据相似相溶原理，利用混合物中各成分 在两种互不相溶的溶剂中的溶解度或分配系数不 同而达到分离的方法。比如说现在物质A跟B混在 一块，有一种溶剂C，它与A相溶，但与B不相溶， 那么我们可以在AB的混合液中加入C，此时A溶入 于C，与B分离，即化学里边讲的“分层”。
萃取原理
萃取法的应用

常用的系统分析法有三部分法，如石油醚（低极 性）、乙酸乙酯（中极性）、正丁醇（高极性） 和四部分法，如石油醚（低极性）、氯仿（中小 极性）、乙酸乙酯（中大极性）、正丁醇（高极 性）。在具体研究中，可以根据情况选择分段数 目和每一段所用的萃取剂。
三、超声波提取法
定义
超声波(Ultrasonic wave)
声学全部频率为10-4Hz～1014Hz。但是频率只有在 20～20kHz范围内的声音才能引起人的听觉。 通常频率ƒ大于20kHz的声波，称为超声波。
ƒ<20Hz
次声波
20Hz<ƒ >20kHz
声波
ƒ>20kHz
超声波
超声波的特点
能流密度大
能流密度与 频率的平方 成正比， 故超声波的 能流密度比 一般声波大 得多。
利用它制造出水声仪器---声纳，让它向海下射出一 束超声波，依靠回波，可以在船上探测出海洋的深度 鱼群、礁石和敌方的潜艇等。
超声波的实际应用

超声检查
超声波在人体内不同组织的交
界面上也会反射，利用“B超” （B
型超声仪）在屏幕上生成的声 学图象，可以观察到胎儿和脏 器，帮助医生做出诊断。工业 上使用超声探伤仪，能够探查 出金属零件内部的裂纹等隐患。
过程中无化学反应发生，不影响有效成分的生理活性。
超声波提取的特点
5.适用范围广 超声提取中药材不受成分、极性和分子量的限制， 适用于绝大多数种类中药材和有效成分的提取，如 生物碱、黄酮类化合物、醌类化合物、萜类化合物、 鞣质、脂质及挥发油等的提取。 6.易于实现自动化和自动控制 目前的超声波提取设备大多可自行设定提取时间、 提取温度、循环速度等主要操作参数，并可对这些 参数进行自动控制,从而可减少外界因素的干扰，这 对产品质量的稳定与提高是非常有利的。

分配定律是萃取方法理论的主要依据，物质对不 同的溶剂有着不同的溶解度和分配比。 分配系数的表示：化合物在两种互不相溶的溶剂 之间达到溶解分配平衡时，化合物在两种溶剂中 的浓度之比称为分配系数，通常用 D表示， D在一 定温度下是一个常数。

CT D CT
CT——被萃取物在有机相中的浓度； CT——被萃取物在水相中的浓度。 D值越大，说明萃取分离效果越好，D值越小 则说明溶质大部分留水相中，没有被萃取出。

萃取在操作中的存在问题与注意事项
如果上述方法不能将乳化层破坏，在分液 时，应将乳化层与水层一起放出，再进行 萃取。 也可将乳化层单独分出，再用新溶剂萃取。 将乳化层抽滤。 加热 作用是降低粘度，破坏乳化层。

工业萃取操作
工业上萃取操作通常包括三个步骤： 混合萃取—分离—溶剂回收 因而工业萃取的流程中须有混合器(如搅拌 混合器)、分离器(如碟片式离心机)和溶剂 回收装置(如蒸馏塔)。 一般萃取过程很快，如果接触表面足够大， 则在15~60 s之内就可完成。 萃取操作流程可分为单级萃取和多级萃取。
V水 m0 m2 m2 2 q2 1 1 ( ) m0 m0 DV有 V水
萃取次数的影响
若用体积为V有的有机溶剂萃取n 次, 则水相中剩 余的量为mn g , 此时:
V水 mn m0 ( )n DV有 V水 V水 m0 mn mn n qn 1 1 ( ) m0 m0 DV有 V水

萃取率：被萃取物进入有机相中的量占萃取前料 液中被萃取物总量的百分数，用q 表示。
CT V CT CT 100% 100% 100% C T V CT V CT CT (V / V ) CT CT (1 / R)
q
D 100% D 1/ R 其中R称为相比，即有机相体 积和水相体积之比。
故 V水 m1 m0 DV有 V水
V水 m0 m1 m1 q1 1 1 m0 m0 DV有 V水
萃取次数的影响
若再用体积为V有的有机溶剂再萃取一次，水相中 剩余的A的质量由m1减少到m2，即水相中剩余的 被萃取物质量为m2：
V水 V水 2 m2 m1 ( ) m0 ( ) DV有 V水 DV有 V水
萃取在操作中的存在问题与注意事项

3）乳化与破乳 乳化：水或有机溶剂以微小液滴分散在有机 相或水相中的现象。
有机 相
乳化现象
水 相
乳化 层
萃取在操作中的存在问题与注意事项

乳化成因：
萃取时猛烈震摇 溶液呈碱性 存在少量轻质的沉淀 溶剂相互溶解性能大 两相的相对密度差较小

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。