第四章萃取解说.ppt

主 要 内 容 第一节 概述 第二节 溶剂萃取 第三节 反胶束萃取 第四节 双水相萃取 第五节 超临界流体萃取法 第六节 液膜分离法 第一节 概述 萃取 extraction:利用溶质在互不相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方法称为萃取。 萃取剂(extractant)、轻相(light phase)、萃取相(solvent phase)、萃余相、重相(heavy phase)。 分配系数：在一定温度、压力下，溶质分布在两个不相容的溶剂里，达到平衡后，它在两相中的浓度比为一常数，这个常数称为分配系数。 按参与溶质分配的两相不同而分为 液-液萃取(liquid-liquid extraction) 液-固萃取(liquid-solid extraction) 固相萃取(solid phase extraction, SPE) 双水相萃取(two water phase extraction) 超临界流体萃取(supercritical fluid extraction) 1.3 萃取的优点 1. 萃取过程具有选择性 2. 能与其他纯化方法相配合 3. 通过相转移，减少目标产物的降解 4. 规模放大极为容易 5. 传质快、生产周期短 6. 便于连续操作、易于计算机控制 7. 无相变、能耗低、成本低 8. 方法成熟、易于设计 1.4 萃取的一般操作过程 反萃取(Back extraction)： 当萃取操作后，为进一步纯化目标产物或便于下步分离操作，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萃取操作称为反萃取。 洗涤操作(washing processing)：对于一个完整的萃取过程，常在萃取和反萃取之间增加洗涤操作 萃取 – 洗涤 – 反萃取 1.5 分配定律与分配平衡 分配定律(distribution law) 在恒温恒压下，溶质在互不相溶的两相中达到分配平衡时，溶质在两相中的平衡浓度之比为常数 适应条件：相同分子形态（相对分子质量相同）存在于两相中的溶质浓度之比。不适合于化学萃取，因溶质在各相中并非以同一种分子形态存在。 线性平衡： 适应条件：低浓度 Langmuir型平衡 适应条件：高低浓度 a, b和n为常数 1.6 弱电解质的分配平衡 A、弱电解质的萃取理论 弱碱和弱酸的解离平衡关系分别为： Ka Kb AH ? A- + H+ BH+ ? B + H+ 弱酸性电解质的分配系数 弱碱性电解质的分配系数 B、弱电解物质萃取的影响因素 1) pH的大小； 2) Aa, Ab --- 脂溶性大小; 3) 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。但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。 4) 其他因素：无机盐的存在可降低溶质在水溶液中的溶解度，有利于萃取。维生素B12 ---- 硫酸铵；青霉素 --- 氯化钠等。 3）红霉素萃取 红霉素是碱性电解质，在乙酸戊酯和pH9.8的水相之间分配系数为44.7，而水相pH降至5.5时, 分配系数降至14.4。 4）红霉素反萃取 反萃取操作同样可通过调节pH值实现。如，红霉素在pH9.4的水相中用醋酸戊酯萃取，而反萃取则用pH5.0的水溶液。 第二节 溶剂萃取 分配定律 平衡时溶质在两相中的浓度之比为一常数K，即： K ＝ 萃取相浓度/萃余相浓度＝ c1/c2 (2-1) 常温下K为常数，c的单位通常用mol/L或U/ml。 式(2-1)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。 弱酸或弱碱性溶质还要考虑弱电解质在水相中的电离平衡。如penicillin是一类弱酸，在水中会有一部分离解成负离子(P·COO－)，在萃取相乙酸丁酯等有机相中则仅以游离酸分子(P·COOH)的形态存在。 两相中的游离酸分子的分配平衡用分配系数K0表征 电离平衡用电离常数KP来表征。 K0和KP是客观存在的，但一般测定得到的是[P·COOH＋P·COO－]的总浓度c2，在这种情况下， c1／c2＝K 这里的K称之为表观分配系数。而K和K0、KP的关系式可经理论推导如下：