萃取分离

2012级分析化学专业第四节萃取分离技术与应用1萃取技术1.1单效萃取法1.2连续萃取法1.3逆流萃取法2应用示例2.1分离干扰物质2.2微量物质的分离2.3萃取光度测定2012级分析化学专业第四节萃取分离技术与应用1萃取技术1.1单效萃取法：又称分批萃取法或间接萃取法，它是分析中用的最多，也是最简单的一种方法。单效萃取法除需分液漏斗外，不需其他特殊仪器，操作简单。特点：(1)操作简单，是实验室常用的萃取方法；(2)被萃取物分配比较大时，只需进行1次萃取操作；(3)分批萃取适合于一个组分定量地保留在水相，而另一个组分在两相间分配的情况。分液漏斗微型萃取器2012级分析化学专业第四节萃取分离技术与应用1.2连续萃取法——将含有被分离物质的水相与有机相多次接触以提高萃取效率的分离方法。连续萃取装置的基本构成：萃取器：样品溶液和有机溶剂在其中进行萃取；烧瓶：既作萃取液接受器，也是萃取剂蒸发器；冷凝器：将萃取剂蒸汽冷凝后，回滴到萃取器中，进行下一级萃取。2012级分析化学专业有机溶剂比水轻的装置第四节萃取分离技术与应用轻相为萃取剂（E为萃取剂，R为水相）2012级分析化学专业第四节萃取分离技术与应用有机溶剂比水重的装置轻相为水相（E为萃取剂，R为水相）2012级分析化学专业第四节萃取分离技术与应用1.3逆流萃取法——两种液相以相反方向互相流过，而进行萃取的过程。图中表示的是以比水轻的醚作萃取剂的情况。2012级分析化学专业第四节萃取分离技术与应用2应用示例2.1分离干扰物质2.2微量物质的分离2.3萃取光度测定2012级分析化学专业2.1分离干扰物质第四节萃取分离技术与应用2012级分析化学专业2.2微量物质的分离第四节萃取分离技术与应用2012级分析化学专业2.3萃取光度测定第四节萃取分离技术与应用2012级分析化学专业超临界流体萃取(SupercriticalFluidExtraction,SFE)——指以超临界流体作为萃取剂，在临界温度和临界压力附近的条件下，从液体或固体物料中萃取出某种高沸点组分的技术。第五节超临界流体萃取2012级分析化学专业1822年——发现超临界现象；1869年——测出CO2的临界参数；1879年——对固体的溶解现象；1930年——大量研究有关超临界流体的现象；1950年——提出超临界流体用于分离；1970年——加快研究，出现工业化装置；1978年——萃取咖啡因；1979年——渣油处理；1982年——啤酒花萃取；1990年——我国进行产业化技术和设备攻关；1994年——我国引进生产装置。超临界流体技术的发展第五节超临界流体萃取2012级分析化学专业——是指物质的压力和温度同时超过其临界压力和临界温度时的流体。超临界流体(SupercriticalFuild,SCF)特征：I处于临界点状态的物质可实现从液态到气态的连续过渡，两相界面消失。II超过临界点的物质，无论压力有多大，都不会使其液化，压力的变化只引起流体密度的变化。第五节超临界流体萃取1超临界流体的性质2012级分析化学专业第五节超临界流体萃取三相点Tr：Tr＝(216.58±0.01)K，PTr=((5.185±0.005)×105)Pa临界点C：Tc=304.20K，Pc=73.858×105Pa2012级分析化学专业表2-14某些超临界萃取剂的临界参数流体临界温度/℃临界压力／105pa临界密度/g/cm3乙烷丙烷丁烷戊烷乙烯二氧化碳二氧化硫水氨一氧化二氮一氯三氟甲烷二氧二氟甲烷苯甲苯甲醇-88.7-42.110.036.79.931.1157.6374.3132.436.528.8117.2288.9318.5240.549.443.238.534.251.974.879.8244.0114.372.739.540.449.541.681.00.2030.220O.2280.2320.2270.4600.525O.3260.2360.4510.5780.5580.3020.2920.272第五节超临界流体萃取2012级分析化学专业可以看出，能采用作超临界流体的溶剂不多。二氧化碳超临界温度(Tc=31.1℃)接近室温，临界压力Pc=7.48MPa也较适中，临界密度(ρ=0.460g／cm3)较高。因此二氧化碳非常适合作为超临界溶剂。第五节超临界流体萃取2012级分析化学专业1.1超临界流体的传递性质第五节超临界流体萃取表2-15超临界流体与气体、液体传递性能的比较气体(常温，常压)超临界流体液体(常温，常压)(Tc，Pc)(Tc，4Pc)密度/g/cm30.006-0.0020.2-0.50.4-0.90.6-1.6粘度/10-5kg(m·s)1-31-33-920-300自扩散系数/10-4m2/s0.1-0.40.7×10-30.2×10-3(0.2-2)×10-51、密度较大，接近于液体；2、黏度较小，接近于气体，自扩散系数也远大于一般液体；2012级分析化学专业1.2超临界流体的溶解性能第五节超临界流体萃取超临界流体的密度接近液体，且比气体大数百倍，故可想而知，超临界流体对液体、固体的溶解度也与液体相接近。由于超临界流体的溶解能力与密度有很大关系，因此温度和压力的变化会大大改变其溶解能力。超临界流体既具有液体对溶质有比较大溶解度的特点，又具有气体易于扩散的特性，传质速率大大高于液相过程，兼具了气体和液体的性质。因此，在超临界流体中，可以比液体溶剂更快地进行传质，在短时间内达到平衡，从而高效地进行分离。在临界点附近，压力和温度的微小变化都可以引起流体密度很大的变化。因此，可以利用压力、温度的变化来调整物质的溶解度，从而实现萃取和分离。2012级分析化学专业溶解度的影响因素图2-16萘在CO2中的溶解度与压力的关系图2-17萘在CO2中的溶解度与温度的关系T恒定时，压力增大，溶解度增加。较低压力下，温度升高，溶解度下降。第五节超临界流体萃取2012级分析化学专业第五节超临界流体萃取超临界流体选择性的基本原则：①操作温度与超临界流体的临界温度相近；②超临界流体的化学性质与被萃取物质的化学性质相近。还应具备以下条件：*化学性质稳定，对设备没有腐蚀性，不与被萃取物发生反应；*操作温度应低于被萃取物质的分解变质温度；*临界压力小，以节省能耗；*对被萃取物质的选择性高（易得到纯产品）；*纯度高，溶解性能好，以减小溶剂循环用量；*如果用于食品和医药工业，还应考虑选择无毒气体。到目前为止，作为超临界萃取剂的主要有乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、苯、氨、二氧化碳等，目前最广泛使用的流体是CO2。2012级分析化学专业第五节超临界流体萃取CO2流体对物质溶解的特点1、对低分子、低极性、亲脂性、低沸点的成分如挥发油、烃、酯、醚、环氧化物等表现出优异溶解性，如天然植物与果实的香气成分；2、对具有极性基团(-OH、-COOH等)的化合物，极性基团越多，就越难萃取，故多元醇、多元酸及多羧基的芳香物质均难溶于超临界二氧化碳；3、对于分子量高的化合物，分子量越高，越难萃取，分子量超过500的高分子化合物几乎不溶；4、对于分子量较大和极性基团较多的中草药的有效成分的萃取，需要向有效成分和超临界二氧化碳的二元体系中加入第三组分，来改变原来有效成分的溶解度；5、在超临界流体萃取的研究中，通常将具有改变溶质溶解度的第三组分成为夹带剂（或辅助溶剂）。一般来说，具有很好溶解性能的溶剂，也往往是很好的夹带剂，如甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等。2012级分析化学专业第五节超临界流体萃取2超临界萃取的典型流程2012级分析化学专业第五节超临界流体萃取等温法2012级分析化学专业等压法第五节超临界流体萃取2012级分析化学专业吸附法第五节超临界流体萃取2012级分析化学专业第五节超临界流体萃取2012级分析化学专业第五节超临界流体萃取一、超临界流体萃取技术在医药工业上的应用超临界流体萃取技术在医药工业中有相当广泛的应用，超临界流体萃取在挥发油和中药的提取分离、药物的干燥、制粒、除杂、灭菌和纯化等方面有许多优势。应用于中药提取：由于操作温度低，能保证中药有效成份不被破坏，不会发生次生化，特别适应于对热敏感、易氧化分解成份的萃取。利用超临界CO2萃取装置对沙棘油、薏仁油、红花油、肉桂油、厚朴酚、β-胡萝卜素、大蒜油等产品的提取都取得较好的效果。应用超临界CO2萃取装置萃取蜂胶：利用超临界萃取技术萃取的蜂胶色泽透明，味道浓，纯度高，萃取率高。3超临界流体技术的应用2012级分析化学专业第五节超临界流体萃取2012级分析化学专业第五节超临界流体萃取二、超临界流体萃取技术在生物工程中的应用由于超临界流体萃取具有毒性低、温度低、溶氧性好等特点，常适合生物产品的分离提取。例如，在生产硫酸链霉素时，可以利用超临界CO2萃取去除甲醇等有机溶剂，而且不会降低药效。2012级分析化学专业第五节超临界流体萃取三、在食品工业方面的应用植物油脂(大豆油、蓖麻油、棕油、可可脂、玉米油、米糠油、小麦胚芽油等)的提取；动物油脂(鱼油、肝油、各种水产油)的提取；食品原料(米、面、禽蛋)的脱脂；脂质混合物(甘油酯、脂肪酸、卵磷脂等)的分离与精制；油脂的脱色和脱臭；植物色素和天然香味成分的提取；咖啡、红茶脱除咖啡因；啤酒花的提取；软饮料的制造；发酵酒精的浓缩。2012级分析化学专业第五节超临界流体萃取四、在化学领域的应用石油领域：石油残渣油的脱沥青；原油的回收；润滑油的再生；烃的分离、煤液化油的提取；含有难分解物质的废液的处理。超临界流体作为反应介质：超临界H2O和超临界CO2作为溶剂的化学反应。研究超临界流体化学反应现已成为绿色化学最为活跃的领域，特别是超临界CO2流体。超临界CO2的最大优点是无毒、不可燃及廉价等。用CO2代替氟氯烃作聚苯乙烯泡沫塑料发泡剂，已获1996年美国总统绿色化学挑战奖“改变溶剂／反应条件奖”。2012级分析化学专业第五节超临界流体萃取近年来超临界流体技术正在迅速向萃取分离以外的领域发展，材料制备、化学反应和环境保护等多项领域，非萃取应用研究已得到越来越多的重视，成为新的研究和开发的热点。2012级分析化学专业超临界流体萃取的特征（小结）1、超临界流体的溶解能力随密度的增大而提高；2、在接近临界处只要温度和压力有微小变化，超临界流体密度和溶解能力都会有较大变化；3、萃取完成后，超临界流体由于状态的改变，很容易从分离成分中脱除，不给产品和食品原料造成污染，尤其适用于食品和医药等行业；4、以二氧化碳作为萃取剂，性能稳定，特别适用于具有热敏性或易氧化的成分的分离；5、该技术属于高压技术，需要相应的高压设备。第五节超临界流体萃取2012级分析化学专业第五节超临界流体萃取本章结束