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第四章 萃取 第一节 基本概念及分配定律 1、基本概念 1.1 萃取 ? 萃取剂：萃取操作中至少有一相为流体，称该流体为萃取剂。 萃取过程中，离开液-液萃取器的萃取剂相为萃取液；经萃取剂相接触后离开的料液相称为萃余液（残液）。 萃取过程 1.2 反萃取 定义：当完成萃取操作后，为进一步纯化目标产物或便于下一步分离操作的实施，而调节水相条件，将目标产物从有机相转入水相的萃取操作即为反萃取。 一个完整的萃取过程中，常在萃取和反萃取操作之间增加洗涤操作，目的是除去与目标产物同时萃取到有机相的杂质，提高反萃液中目标产物的纯度。 1.3 物理萃取和化学萃取 物理萃取：溶质根据相似相容的原理在两相间达到分配平衡，萃取剂与溶质间不发生化学反应。 例如：利用乙酸丁酯萃取发酵液中的青霉素； 应用:石油化工和抗生素及天然植物中有效成分的提取过程。 化学萃取：利用脂溶性萃取剂与溶质之间的化学反应生成脂溶性复合分子实现溶质向有机相的分配。萃取剂与溶质之间的化学反应包括离子交换和络合反应等。 稀释剂：化学萃取中通常用煤油、己烷、四氯化碳和笨等有机溶剂溶解萃取剂，改善萃取相的物理性质，此时的有机溶剂称为稀释剂。 应用:金属的提取，也可用于氨基酸、抗生素和有机酸等生物产物的分离回收。 2、分配定律 分配定律：在恒温恒压条件下，溶质在互不相溶的两相中达到分配平衡时，如果其在两相中的相对分子质量相等,则其在两相中的平衡浓度之比为常数，这个常数称为分配系数 ?????????????????????? m=C2/C1　 适用条件：相同分子形态存在于两相中的溶质的浓度之比。不适合化学萃取，固溶质在各相中并非以同一种分子状态存在。 如果原料中有两种溶质，A(产品)与B（杂质），由于溶质A、B的分配系数不同，这样经萃取后A和B得到了一定程度的分离，产品的纯度提高。溶剂对溶质A、B分离能力的大小用分离因数来表示。 β为分离因数，或称选择性，β值的大小反映了萃取分离的效果。 多数情况下，溶质在各相中并非以同一种分子形态存在，特别是化学萃取中，这时分配系数常用溶质在两相中的总浓度之比来表示， 当生物产品浓度很低时，可表示成Henry型平衡关系： 当溶质浓度很高时，用Langmuir型平衡关系： 第二节 溶剂萃取 溶剂萃取：也称有机溶剂萃取，是石油化工、湿法冶金和生物产物分离纯化的重要手段； 优点：处理量大、能耗低、速度快并易于实现连续操作和自动化控制 1、弱电解质的分配平衡 溶剂萃取常用于有机酸、氨基酸和抗生素等弱酸或弱碱性电解质萃取 萃取达到平衡状态时，一方面弱电解质在水相中达到解离平衡，另一方面未解离的游离电解质在两相中达到分配平衡。 对弱酸性和弱碱性电解质，解离平衡关系为： 2、化学萃取平衡 由于氨基酸和一些极性较大的抗生素水溶性很强，在有机相中的分配系数很小，甚至为0，利用一般的物理萃取效率很低，甚至无法萃取，这时可用化学萃取解决。 常用于氨基酸的萃取剂有：季铵盐类(氯化三辛基甲铵)、磷酸酯类[二（2-乙基己基）磷酸]等。 3、溶剂萃取操作 3.1 水相物理条件的影响 ? pH值：由分配系数的计算可知，无论是物理萃取还是化学萃取，水相pH值对弱电解质分配系数有显著影响。 物理萃取时，弱酸性电解质的分配系数随pH 降低而增大，而弱碱性电解质则正相反，而分配系数又直接影响萃取收率；另外，溶液的pH也影响药物的稳定性。 举例： 1）红霉素萃取 红霉素是碱性电解质，在乙酸戊酯和pH 9.8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 2）青霉素萃取 青霉素是较强的有机酸，pH 值对其分配系数有很大影响。在较低pH 下有利于青霉素在有机相中的分配，当pH 大于6.0时，青霉素几乎完全分配与水相中。因此，选择适当的pH ，不仅有利于提高青霉素的收率，还可根据共存杂质的性质和分配系数，提高青霉素的萃取选择性。 3）红霉素反萃取 反萃取操作同样可通过调节pH 值实现。红霉素在pH9.4的水相中用醋酸戊酯萃取，而反萃取用pH5.0的水溶液。 温度：选择适当的操作温度，有利于目标产物的回收和纯化。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。