萃取分离技术优秀PPT.ppt
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1、液液液萃取和液液萃取和液固萃取固萃取常用溶剂常用溶剂非极性弱极性溶剂非极性弱极性溶剂石油醚:低碳烷烃混合物,市售石油醚:低碳烷烃混合物,市售3种类型(按沸程种类型(按沸程3060、6090、90120),无毒、易燃,),无毒、易燃,反复运用后性质略有变更。反复运用后性质略有变更。乙醚:弱极性,低沸点,易爆,一般不用作工业生乙醚:弱极性,低沸点,易爆,一般不用作工业生产。产。苯:非极性,致癌物质,谨慎运用。苯:非极性,致癌物质,谨慎运用。正己烷:与石油醚性质似,工业价格贵,不用作工正己烷:与石油醚性质似,工业价格贵,不用作工业生产。业生产。环己烷:无毒,适用工业生产。环己烷:无毒,适用工业生产。
2、含氯溶剂含氯溶剂三氯甲烷(氯仿):中等毒性,强麻醉性三氯甲烷(氯仿):中等毒性,强麻醉性,很多,很多国家限制运用,对生物碱类溶解度好,举荐运用国家限制运用,对生物碱类溶解度好,举荐运用其它溶剂替代。其它溶剂替代。二氯甲烷:低毒,麻醉性强二氯甲烷:低毒,麻醉性强,沸点低,运用成本,沸点低,运用成本高。高。1,2二氯乙烷:低毒性、致癌,沸点二氯乙烷:低毒性、致癌,沸点831,1二氯乙烷:低毒、局部刺激性二氯乙烷:低毒、局部刺激性,沸点,沸点57。1,1,1-三氯乙烷三氯乙烷:低毒类溶剂:低毒类溶剂,沸点,沸点74。四氯化碳四氯化碳:在含氯溶剂中毒性最强。不用。:在含氯溶剂中毒性最强。不用。中等极性
3、溶剂中等极性溶剂乙酸乙酯乙酸乙酯:低毒,麻醉性,对黄酮类及其:低毒,麻醉性,对黄酮类及其它很多自然药物溶解度好。但对植物的渗它很多自然药物溶解度好。但对植物的渗透性差,一般不作提取用溶剂,作萃取或透性差,一般不作提取用溶剂,作萃取或柱层析溶剂。柱层析溶剂。丙酮:低毒丙酮:低毒。丁酮丁酮:低毒,毒性强于丙酮:低毒,毒性强于丙酮。强极性溶剂强极性溶剂乙醇乙醇甲醇甲醇水水单一溶剂的极性大小依次为:石油醚(小)环己烷 四氯化碳 三氯乙烯 苯 甲苯 二氯甲烷 氯仿 乙醚 乙酸乙酯 乙酸甲酯 丙酮 正丙醇 甲醇 吡啶 乙酸(大)混合溶剂的极性依次:苯-氯仿(1+1)环己烷-乙酸乙酯(8+2)氯仿-丙酮(9
4、5+5)苯-丙酮(9+1)苯-乙酸乙酯(8+2)氯仿-乙醚(9+1)苯-甲醇(95+5)苯-乙 醚(6+4)环己烷-乙酸乙酯(1+1)氯仿-乙醚(8+2)氯仿-甲醇(99+1)苯-甲醇(9+1)氯仿-丙酮(85+15)苯-乙醚(4+6)苯-乙酸乙酯(1+1)氯仿-甲醇(95+5)氯仿-丙酮(7+3)苯-乙酸乙酯(3+7)苯-乙醚(1+9)乙醚-甲醇(99+1)乙酸乙酯-甲醇(99+1)苯-丙酮(1+1)氯仿-甲醇(9+1)常用溶剂(1 1)水)水优点:溶解范围广、穿透实力强、易得、平安优点:溶解范围广、穿透实力强、易得、平安 缺点:缺点:a.a.有些苷类成分的酶解有些苷类成分的酶解 b.b.有
5、些脂溶性成分溶解不完全有些脂溶性成分溶解不完全 c.c.水提液易发霉、变质水提液易发霉、变质 d.d.水溶性杂质多,过滤困难水溶性杂质多,过滤困难 e.e.沸点高,浓缩困难沸点高,浓缩困难(2)(2)亲水性有机溶剂亲水性有机溶剂优点优点:溶解范围广、水溶性杂质溶出少、提取液不:溶解范围广、水溶性杂质溶出少、提取液不易发霉、变质、大部分可回收利用。易发霉、变质、大部分可回收利用。缺点缺点:但有挥发性、易燃烧。:但有挥发性、易燃烧。(3 3)亲脂性有机溶剂)亲脂性有机溶剂优点优点:对化合物溶解选择性较强、水溶性杂质少、对化合物溶解选择性较强、水溶性杂质少、易纯化。易纯化。缺点缺点:挥发性大、易燃烧
6、,有毒、价格昂贵,对提挥发性大、易燃烧,有毒、价格昂贵,对提取设备要求高,穿透力较弱,提取时间长。取设备要求高,穿透力较弱,提取时间长。植物成分及其较适用的提取溶剂植物成分及其较适用的提取溶剂成分的极性成分的极性植植 物物 成成 分分 类类 型型适用的提取溶剂适用的提取溶剂强亲脂性强亲脂性(极性小)(极性小)挥发油、脂肪油、蜡、脂溶性色素、甾挥发油、脂肪油、蜡、脂溶性色素、甾醇、某些甙元醇、某些甙元石油醚、己烷石油醚、己烷亲亲 脂脂 性性甙元、生物碱、树脂、有机酸、醛、酮、甙元、生物碱、树脂、有机酸、醛、酮、醇、醌、某些甙类醇、醌、某些甙类乙醚、氯仿乙醚、氯仿中等中等极性极性小小某些甙类某些甙
7、类氯仿:乙醇氯仿:乙醇(2:1)中中某些甙类(黄酮甙)某些甙类(黄酮甙)乙酸乙酯乙酸乙酯大大某些甙类(皂甙、蒽醌甙)某些甙类(皂甙、蒽醌甙)正丁醇正丁醇亲亲 水水 性性极性很大的甙、糖类、氨基酸、某些生极性很大的甙、糖类、氨基酸、某些生物碱盐物碱盐丙酮、乙醇、丙酮、乙醇、甲醇甲醇强亲水性强亲水性蛋白质、粘液质、果胶、糖类、氨基酸、蛋白质、粘液质、果胶、糖类、氨基酸、无机盐类无机盐类水水萃取分别萃取分别目的:将目标物选择性地溶集于某目的:将目标物选择性地溶集于某一溶剂中,常用于粗分。一溶剂中,常用于粗分。1、基本原理 分类:液液萃取;液固萃取。理论基础:不同的化合物在不同的溶剂中具有不同的溶解度
8、或安排比。安排系数的表示:化合物在两种互不相溶或微溶的溶剂之间达到溶解安排平衡时,化合物在两种溶剂中的浓度之比称为安排系数,通常用K表示,K在确定温度下是一个常数,。C1化合物在溶剂1中的溶解度;C2化合物在溶剂2中的溶解度 K1的溶质可被溶剂2有效溶集出来,而K1的的溶质则大部分留在原来的溶剂1中。影响萃取效率的因素:在温度恒定时,萃取效率的凹凸与K值、萃取溶剂的体积(V)和萃取次数(n)有关。假如用溶剂2从溶剂1中萃取目标物,则K的表示如下:设有V0 mL水溶液,其中含有某有机溶质W0 g 每次用V mL有机溶剂萃取 第1次萃取后,有机溶剂中的溶质量为W g,残留在水溶液中的溶质量为W1
9、g。则有:小结:小结:萃萃取取效效率率随随V V和和n n的的增增大大而而提提高高,但但n n 对对Wn Wn 的的影影响响比比V V 大大得得多多,所所以以,在在溶剂总量确定时,常接受溶剂总量确定时,常接受“少量多次少量多次”的原则。的原则。在在溶溶剂剂总总量量确确定定时时,n n 大大,V V就就小小,当当n n5 5时时,二二者者对对WnWn的的影影响响就就接接近近抵抵消,即消,即WnWnWn+1Wn+1变更不大。一般多选择萃取变更不大。一般多选择萃取3 3次为宜。次为宜。当当K=1K=1或或K K1 1时,说明选择的萃取溶剂不合适。时,说明选择的萃取溶剂不合适。假如假如K K0.10.
10、1,3 3次萃取后的萃取效率可达次萃取后的萃取效率可达98.8%98.8%以上。以上。化学萃取:常用的为酸碱萃取法化学萃取:常用的为酸碱萃取法 通通过过变变更更目目标标物物的的存存在在状状态态来来变变更更目目标标物物的的在在两相中的溶解性能,从而变更目标物的两相中的溶解性能,从而变更目标物的K K值。值。应用:应用:选择性除去混合物中少量的酸性或碱性杂质选择性除去混合物中少量的酸性或碱性杂质富集混合物中的酸性或碱性目标物富集混合物中的酸性或碱性目标物 常常用用萃萃取取剂剂:5%5%NaOHNaOH、5%5%或或10%10%Na2CO3Na2CO3或或NaHCO3NaHCO3、稀、稀HClHCl
11、、稀、稀H2SO4H2SO4等。等。大黄酸大黄酸大黄素大黄素大黄酚大黄酚酸性最强酸性最强酸性其次酸性其次酸性最弱酸性最弱溶于溶于NaHCO3溶于溶于Na2CO3溶于溶于NaOH如中药大黄中的大黄酸、大黄素和大黄酚的分别如中药大黄中的大黄酸、大黄素和大黄酚的分别 2、萃取溶剂的选择原则 萃取溶剂与溶液的溶剂互溶性差,两溶剂的密度差异明显“相像相溶”,萃取剂对目标物的选择性高 化学性质稳定(洗涤例外)沸点较低,易回收 价格低,毒性小,不易着火。a.a.有很大的萃取容量;有很大的萃取容量;b.b.良好的选择性;良好的选择性;c.c.与被萃取的液相(通常是水相)互溶度要小,且粘度低、与被萃取的液相(通
12、常是水相)互溶度要小,且粘度低、界面张力小或适中,有利于相的分散和两相分别;界面张力小或适中,有利于相的分散和两相分别;d.d.溶剂的回收和再生简洁;溶剂的回收和再生简洁;e.e.化学稳定性好,不易分解,对设备腐蚀性小;化学稳定性好,不易分解,对设备腐蚀性小;f.f.价廉易得;价廉易得;g.g.平安性好,闪点高,对人体无毒性或毒性低。平安性好,闪点高,对人体无毒性或毒性低。一个良好的溶剂要满足以下要求:一个良好的溶剂要满足以下要求:u化合物的结构与亲水性、亲脂性的关系化合物的结构与亲水性、亲脂性的关系(1)分分子子结结构构中中亲亲水水性性基基团团(羧羧基基、羟羟基基、氨氨基基)越越多,极性越大
13、,亲水性越强,反之则亲脂性越强。多,极性越大,亲水性越强,反之则亲脂性越强。(2)分分子子中中非非极极性性部部分分越越大大,碳碳链链越越长长或或结结构构越越大大,则亲脂性越强。则亲脂性越强。(3)结构母核相同的成分,分子中功能基的极性越大,)结构母核相同的成分,分子中功能基的极性越大,或极性功能基数量越多,则整个分子的极性越大,亲或极性功能基数量越多,则整个分子的极性越大,亲水性越强,亲脂性越弱。水性越强,亲脂性越弱。u被提取成分的性质被提取成分的性质u极性(亲水性)极性(亲水性)u非极性(亲脂性)非极性(亲脂性)u中等极性(既有亲水性又有亲脂性)中等极性(既有亲水性又有亲脂性)u常见取代基的
14、极性大小依次:常见取代基的极性大小依次:u 酸酚醇胺醛酮酯醚烯烷酸酚醇胺醛酮酯醚烯烷 影响提取效率的因素影响提取效率的因素影响提取效率的因素影响提取效率的因素 溶剂类型溶剂类型原料的粉碎度原料的粉碎度提取时间提取时间提取温度提取温度提取次数提取次数固液比固液比设备条件设备条件影响萃取操作的因素:影响萃取操作的因素:a.a.温度温度b.b.pHpH值值c.c.溶媒比溶媒比d.d.盐分盐分e.e.乳化程度乳化程度温度温度互溶性增大;互溶性增大;温度温度产物稳定性提高,粘度增加,扩散性能减小。产物稳定性提高,粘度增加,扩散性能减小。影响安排系数,影响物质解离状况影响安排系数,影响物质解离状况溶媒比溶
15、媒体积溶媒比溶媒体积/萃取体积萃取体积溶媒比溶媒比萃取效果萃取效果溶媒回收费用溶媒回收费用盐分盐分安排系数安排系数尽量破坏乳浊液,如轻度乳化,要加热过滤离心(热尽量破坏乳浊液,如轻度乳化,要加热过滤离心(热敏物质不用加热);重度乳化,加敏物质不用加热);重度乳化,加SDSSDS、溴化十五烷基、溴化十五烷基吡啶等去乳化剂。吡啶等去乳化剂。3、萃取方法 3.1 液液萃 试验室常用仪器:分液漏斗。球形和梨形 萃取方法:人工手摇 机械振荡 机械搅拌 超声搅拌 连续萃取漏斗萃取的留意事项漏斗选择:体积;球型和梨型密封性检查加液量的确定:待萃取液为漏斗体积1/32/3,萃取溶剂为待萃取液的1/3振摇:放气
16、防冲盖;防乳化和静置分层:静置时间遵循“先短后长”原则分液:遵循“先粗后细”重分:合并提取液长时间静置细致分液26萃萃 取取 分分 液液 倒转分液漏斗倒转分液漏斗 分 液 漏 斗 架振 荡 图321乳化与破乳乳化成因: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破乳方法:静置法盐析法酸化法过滤法离心法超声法加入破乳剂:如乙醇等乳化的结果可能形成两种形式的乳浊液:乳化的结果可能形成两种形式的乳浊液:一种是水包油型(一种是水包油型(O/W),另一种为油包水型(),另一种为油包水型(W/O)。)。(a)轻溶剂萃取 (b)重溶剂萃取 (c)兼具(a)和(b)(d)脂肪提取器 图3
17、20 连续萃取装置超声波提取机1.2 液固萃取 又称为提取。固料一般需事先粉碎至20目左右冷浸法:室温反复浸泡3次,每次用5倍量左右溶剂,每次1224 h或更长时间缺点:溶剂用量大,萃取效率低,浓缩工作量大,如用水萃取还需防止发霉变质。适用范围:富含淀粉、树胶、粘液质和果胶等成分的材料以及不宜接受热提取法的物料。液固萃取的操作方式的操作方式通常是用极性不同的溶剂对原料分别进行多次提通常是用极性不同的溶剂对原料分别进行多次提取(一般取(一般2 23 3次)次)具体做法一般为:先用非极性溶剂提取,再用弱具体做法一般为:先用非极性溶剂提取,再用弱极性溶剂提取,最终用强极性溶剂提取。极性溶剂提取,最终
18、用强极性溶剂提取。常用操作方式常用操作方式浸渍浸渍渗漉渗漉煎煮煎煮回流提取回流提取连续回流提取连续回流提取1.浸渍:浸渍:操作方法:将处理(选择、清洗、粉碎等)过的操作方法:将处理(选择、清洗、粉碎等)过的原料,用适当的溶剂在常温或加热(一般为原料,用适当的溶剂在常温或加热(一般为6080)的条件下浸泡以溶出其中成分。)的条件下浸泡以溶出其中成分。适用状况:适用于较易提取的、有效成分遇热易适用状况:适用于较易提取的、有效成分遇热易破坏以及含多量淀粉、树胶、果胶、粘液质的自破坏以及含多量淀粉、树胶、果胶、粘液质的自然物的提取。然物的提取。特点:浸出率较差,特殊是用水为溶剂,其提取特点:浸出率较差
19、,特殊是用水为溶剂,其提取液易于发霉变质,须留意加入适当的防腐剂。液易于发霉变质,须留意加入适当的防腐剂。提示提示 加防腐剂:甲苯、甲醛、三氯甲烷加防腐剂:甲苯、甲醛、三氯甲烷v用温水从甜菜中提取糖,用温水从甜菜中提取糖,v用有机溶剂从大豆、花生等油料作物中提取食用油,用有机溶剂从大豆、花生等油料作物中提取食用油,v用水或有机溶剂从植物中提取药物、香料或色素等。用水或有机溶剂从植物中提取药物、香料或色素等。由药材提取物制成各种剂型的后期过程各有不同由药材提取物制成各种剂型的后期过程各有不同:(1)按确定质量标准加工制成煎膏剂、酒剂、酊剂、浸膏、按确定质量标准加工制成煎膏剂、酒剂、酊剂、浸膏、流
20、浸膏等剂型;流浸膏等剂型;(2)通过浓缩干燥制成确定规格的半成品,以便制成片剂、通过浓缩干燥制成确定规格的半成品,以便制成片剂、冲剂等剂型;冲剂等剂型;(3)通过适当加工,制成软膏、栓剂等其它剂型;通过适当加工,制成软膏、栓剂等其它剂型;(4)须要精制加工,纯化有效成分,制成注射剂等剂型。须要精制加工,纯化有效成分,制成注射剂等剂型。酊酊 剂剂药药物物用用规规定定浓浓度度的的乙乙醇醇浸浸出出或或溶溶解解而而制制成成的的澄澄清清液液体体制剂,亦可用流浸膏稀释制成。供口服或外用。制剂,亦可用流浸膏稀释制成。供口服或外用。煎煎膏膏剂剂药药材材用用水水煎煎煮煮、去去渣渣浓浓缩缩后后,加加炼炼蜜蜜或或糖
21、糖而而制制成成的的半流体制剂。半流体制剂。酒酒 剂剂药材用蒸馏酒浸提而制成的澄清液体制剂。药材用蒸馏酒浸提而制成的澄清液体制剂。浸浸膏膏剂剂用用煎煎煮煮法法或或渗渗漉漉法法制制备备,全全部部煎煎煮煮液液或或渗渗漉漉液液应应低低温浓缩至稠膏状,加稀释剂或接着浓缩至规定的量。温浓缩至稠膏状,加稀释剂或接着浓缩至规定的量。流流浸浸膏膏将将生生药药的的乙乙醇醇或或水水浸浸出出的的液液体体用用确确定定方方法法浓浓缩缩而而成成的称为流浸膏。的称为流浸膏。产物产物固体固体溶质溶质溶剂溶剂咖啡咖啡粗烤咖啡粗烤咖啡咖啡咖啡溶质水溶质水豆油豆油大豆大豆豆油豆油己烷己烷大豆蛋白大豆蛋白豆粉豆粉蛋白质蛋白质NaOH溶
22、液,溶液,pH 9香料香料丁香、胡椒、麝香草丁香、胡椒、麝香草香料成分香料成分80%乙醇乙醇蔗糖蔗糖甘蔗、甜菜甘蔗、甜菜蔗糖蔗糖水水维生素维生素B碎米碎米维生素维生素B乙醇乙醇-水水玉米蛋白质玉米蛋白质玉米玉米玉米蛋白质玉米蛋白质90%乙醇乙醇胶质胶质胶原胶原胶质胶质稀酸稀酸果汁果汁水果块水果块果汁果汁水水鱼油鱼油碎鱼块碎鱼块鱼油鱼油己烷,丁醇,己烷,丁醇,CH2Cl2鸦片提取物鸦片提取物罂粟罂粟鸦片提取物鸦片提取物CH2Cl2或超临界或超临界CO2胰岛素胰岛素牛、猪胰腺牛、猪胰腺胰岛素胰岛素酸性醇酸性醇肝提取物肝提取物哺乳动物的肝哺乳动物的肝肽、缩氨酸肽、缩氨酸水水低水分水果低水分水果高水分
23、水果高水分水果水水50%的糖液的糖液脱盐海藻脱盐海藻海藻海藻海盐海盐稀盐酸稀盐酸去咖啡因的咖啡去咖啡因的咖啡绿咖啡豆绿咖啡豆咖啡因咖啡因氯代甲烷,超临界氯代甲烷,超临界CO2中草药汁中草药汁中草药材中草药材药用成分药用成分水水药酒药酒中草药材中草药材药用成分药用成分酒酒2.浸出的问题浸出的问题(1)溶剂的选择)溶剂的选择u“相像相容相像相容”原理。原理。u在工业规模上,希望溶剂对目的物质的安排系数大且在工业规模上,希望溶剂对目的物质的安排系数大且对目的物质的选择性高,价格低廉,无毒,无腐蚀性,对目的物质的选择性高,价格低廉,无毒,无腐蚀性,闪点高,无爆炸性,易去除和回收。闪点高,无爆炸性,易去
24、除和回收。u不能影响食品风味。不能影响食品风味。u食品工业中常用的浸取剂有:水、酸、无毒的含盐水食品工业中常用的浸取剂有:水、酸、无毒的含盐水溶液、乙醇或其他小分子醇、己烷、二氯甲烷、甲基乙溶液、乙醇或其他小分子醇、己烷、二氯甲烷、甲基乙基酮和丙酮、低分子量的酯和植物油等。基酮和丙酮、低分子量的酯和植物油等。渗漉法常用的仪器:渗滤筒;分液漏斗;粗色谱柱等操作步骤:粉碎润湿拌匀静置(30 min)装料压实添加溶剂静置(6h)渗漉留意事项:流速:随物料的多少而定,如 100 g料,可 限 制1mLmin-1。终点判定:颜色;10倍体积;蒸干称量浸膏适用范围适用范围 适用于提取遇热易破坏的成分。适用
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