第18章-溶剂萃取法课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第18章 溶剂萃取法,第18章 溶剂萃取法,1,一、基本概念,萃取：利用流体为溶剂提取原料中目标产物的操作。,萃取剂：流体（液体，超临界流体）,目标物 固体：液固萃取（浸取）,液体：液液萃取,有机溶剂萃取,双水相萃取,反胶团萃取,液膜萃取,一、基本概念萃取：利用流体为溶剂提取原料中目标产物的操作。液,2,液液萃取 （LLE）,液液萃取：利用一种溶剂将产物从另一种溶剂（如水）中提取出来，达到浓缩和提纯的目的。,一、基本概念,液液萃取 （LLE）液液萃取：利用一种溶剂将产物从另一种溶剂,3,萃取相（轻相）,萃取液,萃余相（重相）,萃余液,分配系数,分 配 定 律,一、基本概念,萃取相（轻相）分配系数 分 配 定,4,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,适用条件：,1.,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。,2,. 稀溶液。,3,.溶质不影响溶剂的互溶情况。,分配定律(distribution law),5,分离因素,分离因素 （,b,),等于分配系数之比，,b越大，分离效果越好,一、基本概念,分离因素分离因素 （b),6,弱电解质的分配平衡-表观分配系数,弱电解质的萃取理论,弱碱和弱酸的解离平衡关系分别为：,AH(light phase),K,p,K,p,AH A,-,+ H,+,BH,+, B + H,+,AH = A,-,+ H,+,(water),弱酸性电解质的分配系数,弱碱性电解质的分配系数,B,BH,+, B + H,+,表观分配系数：两相中总浓度之比,决定于何种溶剂和水相pH,一、基本概念,弱电解质的分配平衡-表观分配系数弱电解质的萃取理论表观分配系,7,溶剂萃取,应用,青霉素 (light phase),青霉素 = 青霉素,-,+ H,+,(water),1,）青霉素萃取,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,青霉素几完全分配于水相中。从图中可知,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。,2)青霉素反萃取,一、基本概念,溶剂萃取应用青霉素 (light phase),8,3）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。,红霉素 (light phase),红霉素 + H,+,= 红霉素,+,(water),3）红霉素萃取红霉素 (light phase),9,二、有机溶剂的选择,选择原则,：根据,相似相溶,的原理(,最重要参数：介电常数，极性,)，选择与目标产物性质相近的萃取剂，可以得到较大分配系数。此外，有机溶剂还应满足以下要求：,1)、价廉易得；,2)、与水相不互溶；,3)、与水相有较大的密度差，并且粘度小，表面张力适中，相分散和相分离较容易；,4)、容易回收和再利用；,5)、毒性低，腐蚀性小，闪点低，使用安全；,6)、不与目标产物发生反应。,常用于抗生素类萃取剂有：丁醇等醇类、乙酸乙酯、乙酸丁酯和乙酸戊酯等乙酸酯类以及甲异丁基甲酮（methyl isobutyl ketone）等。,二、有机溶剂的选择选择原则：根据相似相溶的原理(最重要参数：,10,三、 水相条件的影响,pH值,pH值影响分配系数,pH影响选择性,pH应尽量使产物稳定,温度：温度影响分配系数,盐析剂,可使产物在水中溶解度降低，易于转入溶剂中,能减少有机溶剂在水中溶解度。,带溶剂,能与目标物形成复合物，易于溶于有机溶剂中,离子对萃取：酸-脂肪碱；碱-脂肪酸,三、 水相条件的影响pH值,11,四、 乳化现象及去乳化,乳化：,一种液体分散在另一种不相混合的液体中的现象,常常发生在实际发酵产物的萃取操作中。,产生乳化后使有机相和水相分层困难，出现两种夹带：,发酵液中夹带有机溶剂微滴，使目标产物受到损失；,有机溶剂中夹带发酵液给后处理操作带来困难。,产生原因：,表面活剂性的作用，使有机溶剂和水的表面张力降低，,水易于以微小液滴的形式分散于油相称为油包水型,W/O乳浊液,；,相反，为,O/W型乳浊液,。,四、 乳化现象及去乳化乳化：,12,四、 乳化现象及去乳化,四、 乳化现象及去乳化,13,乳浊液的破坏,1)预处理,：,除去大部分蛋白质及固体微粒，防止乳化现象的发生。,2)乳化产生后，采取适当的破乳手段,。,如果乳化现象不严重，可采用过滤或离心沉降的方法。,加热、稀释、加电解质,吸附法、顶替法,转型法,O/W型乳浊液：加入亲油性表面活性剂,W/O型乳浊液：加入亲水性表面活性剂，如SDS,四、 乳化现象及去乳化,乳浊液的破坏四、 乳化现象及去乳化,14,常用的去乳化剂,1.阳离子表面活性剂,（1）十二烷基三甲基溴化铵（1231）,CH,3,(CH,2,),10,CH,2,(CH,3,),3,N,+,Br,（2）溴代十五烷吡啶（PPB）,四、 乳化现象及去乳化,常用的去乳化剂1.阳离子表面活性剂四、 乳化现象及去乳化,15,2.阴离子表面活性剂,阴离子表面活性剂，如亚油酸钠、十二烷基磺酸钠、石油磺酸钠等,3其他破乳剂,如用溴代四烷基吡啶作去乳化剂，因其既易溶于水，又易溶于醋酸丁酯中，既能破坏WO型，也能破坏OW型乳状液，比PPB破乳完全，用量为0.03%,0.05%。它能降低青霉素提取时随废液的损失，提高收率。,2.阴离子表面活性剂,16,五、萃取方法和理论收率的计算,（一）单级萃取,五、萃取方法和理论收率的计算 （一）单级萃取,17,萃取因素E为,式中,V,F,料液体积；,V,s萃取剂的体积；,C,1,溶质在萃取液的浓度；,C,2,溶质在萃余相的浓度；,K,表观分配系数；,m,浓缩倍数,萃取因素E为,18,萃余率：,理论收率：,萃余率：,19,例：,洁霉素在20和pH10.0时分配系数（丁醇/水）为18。用等量的丁醇萃取料液中的洁霉素，计算可得理论收率,E=18*1/1=18,理论收率：,若改用1/3体积丁醇萃取，,理论收率：,例：,20,（二）多级错流萃取,五、萃取方法和理论收率的计算,（二）多级错流萃取五、萃取方法和理论收率的计算,21,第18章-溶剂萃取法课件,22,多级逆流萃取,五、萃取方法和理论收率的计算,多级逆流萃取五、萃取方法和理论收率的计算,23,第18章-溶剂萃取法课件,24,条件：萃取相和萃余相很快达到平衡,两相完全不互溶，完全分离,每级的萃取因素E相同,条件：萃取相和萃余相很快达到平衡,25,如洁霉素20，pH10.0时，分配系数（丁醇水）=18，根据萃取方式理论收得率的计算方法，得出,：,浓缩比 收率（%）,（丁醇/水）单级 二级错流二级逆流三级逆流,1 94.7 99.0 99.7 99.98, 90.0 96.7 98.9 99.88,1/3 85.7 93.8 97.7 99.61,81.8 90.5 96.1 99.14,如洁霉素20，pH10.0时，分配系数（丁醇水）=18，,26,六、,双水相萃取,双水相萃取技术,(two-aqueous phase extraction) ，又称,水溶液两相分配技术,，它利用不同的,高分子溶液,相互混合可产生,两相或多相系统,，静置平衡后，分成互不相溶的两个水相，利用物质在互不相溶的两水相间分配系数的差异来进行萃取的方法，称为双水相萃取法。,特点：能保留产物的活性，操作可连续化，可纯化蛋白质25倍。,六、 双水相萃取 双水相萃取技术(two-aque,27,1、双水相的形成,如葡聚糖与聚乙二醇按一定比例与水混合，静置平衡后，分成互不相溶的两个水相，上相富含PEG，下相富含葡聚糖,六、,双水相萃取,1、双水相的形成 如葡聚糖与聚乙二醇按一定比例与水混,28,第18章-溶剂萃取法课件,29,2、分配系数, 影响分配系数的因素包括很多，如粒子大小、疏水性、表面电荷、粒子或大分子的构象等，这些因素微小的变化可导致分配系数较大的变化，因而双水相萃取有较好的选择性。分配系数K与溶质的浓度和相体积比无关：,六、,双水相萃取,2、分配系数 影响分配系数的因素包括很多，如粒子大小、疏水,30,3、双水相萃取的应用, 双水相系统平衡时间短，含水量高，界面张力低，为生物活性物质提供了温和的分离环境。它还具备操作简便、经济省时、易于放大。据报道，系统可从10ml直接放大到1m3规模（105倍）,而各种试验参数均可按比例放大，产物收率并不降低。,六、,双水相萃取,3、双水相萃取的应用 双水相系统平衡时间短，含水量高，界面,31, 例如PEG-Dextran系统特别适用于从细胞匀浆液中除去核酸和细胞碎片。系统中加入0.1mol/L NaCl可使核酸和细胞碎片转移到下相（Dextran相）,产物胞内酶位于上相，分配系数为0.1,1.0。选择适当的盐组分，经一步或多步萃取，可获得满意的分离效果。如果NaCl浓度增大到2,5mol/L，几乎所有的蛋白质、酶都转移到上相，下相富含核酸。, 例如PEG-Dextran系统特别适用于从细胞匀浆液中除,32,Dextran、FiColl、淀粉、纤维素等高聚物具有光学活性,它们应该可以辨别分子的D、L型。因此，对映体分子在上述高聚物相系统中具有不同的分配特征。同样，一种蛋白质对D或L型能选择性地结合而富集于一相中，可将此用于手性分配。例如，在含血清白蛋白的相系统中，D、L型色氨酸可获得分离。,Dextran、FiColl、淀粉、纤维素等高聚物具有光,33,