(生化工程課件)有機(jī)溶劑萃取

萃取--用一種溶劑將產(chǎn)物自另一種溶劑中提取出來，達(dá)到濃縮和提純的目的18有機(jī)溶劑萃取萃取--用一種溶劑將產(chǎn)物自另一種溶劑中提取出來，達(dá)到濃縮和提1

特點(diǎn)（1） 萃取過程有選擇性（2） 能與其它步聚相配合（3） 通過相轉(zhuǎn)移減少產(chǎn)品水解（4） 適用于不同規(guī)模（5） 傳質(zhì)快（6） 毒性與安全環(huán)境問題特點(diǎn)2溶劑體積為樣品溶液的30％～35％。振蕩幾次打開活塞Gas蒸氣逸出（也叫放氣）溶劑體積為樣品溶液的30％～35％。振蕩幾次打開活塞Gas蒸3絮狀物（乳化）有機(jī)相水相水相和絮狀物靜置分層激烈振搖1～2min絮狀物有機(jī)相水相水相和絮狀物靜置分層激烈振搖4有機(jī)相3～5次有機(jī)相3～5次518.1分配定律18.1分配定律6如為稀溶液，可用濃度代替活度

分配系數(shù)K＝C1/C2＝萃取相濃度/萃余相濃度應(yīng)用前提條件（1）稀溶液（2）溶質(zhì)對(duì)溶劑互溶沒有影響（3）必須是同一分子類型(生化工程課件)有機(jī)溶劑萃取7青霉素的分配平衡青霉素的分配平衡818.1.2弱電解質(zhì)在有機(jī)溶劑-水相間的分配平衡18.1.2弱電解質(zhì)在有機(jī)溶劑-水相間的分配平衡9在有機(jī)相中，物質(zhì)不發(fā)生締合而成單分子形式，則單分子化合物的濃度符合分配定律

K0

＝[AH]/[AH]（18－４a）K0

＝[B]/[B]（18－４b）在有機(jī)相中，物質(zhì)不發(fā)生締合而成單分子形式，則單分子化合物的濃10用分析方法不能單獨(dú)測(cè)定水相中游離酸及游離堿濃度，只能測(cè)定游離酸和其負(fù)離子或游離堿和其正離子濃度的總濃度。K0

＝[AH]（Kp+[H+]）（18－5a）

c.[H+]K0

＝[B]（Kp+[H+]）（18－5b）

c.[H+]式中c為用分析方法測(cè)得的水相中物質(zhì)的總濃度c＝[AH]+[A-]（18－6a）

c＝[B]+[BH+]（18－6b）

用分析方法不能單獨(dú)測(cè)定水相中游離酸及游離堿濃度，只能測(cè)定游離11由（18－5）解出[AH]

和[B],可得有機(jī)相中物質(zhì)濃度與水相中總濃度及pH之間的關(guān)系

[AH]＝K0

.c[H+]（18-7a）

（Kp+[H+]）[B]＝K0

.c[H+]

（Kp+[H+]）

（18-7b）由（18－5）解出[AH]和[B],可得有機(jī)相中物質(zhì)濃度12K與pH之間的關(guān)系

[H+]K=

K0

Kp+[H+]

（18-8a）

KpK=

K0

Kp+[H+]

（18-8ｂ）溶質(zhì)在兩相的分配決定于溶劑的選擇和水相的pH(生化工程課件)有機(jī)溶劑萃取1318.2有機(jī)溶劑萃取溶劑特性對(duì)萃取過程的影響（1） 萃取過程的選擇性分離因子（2） 溶劑選擇介電常數(shù)18.2有機(jī)溶劑萃取溶劑特性對(duì)萃取過程的影響14除選擇萃取能力高，分離程度高以外，操作還要求①溶劑與被萃取的液相互溶度要小，黏度低，界面張力適中，使相的分散和兩相分離有利②溶劑的回收和再生容易，化學(xué)穩(wěn)定性好③溶劑的價(jià)廉易得④溶劑的安全性好，如閃點(diǎn)高、低毒等除選擇萃取能力高，分離程度高以外，操作還要求1518.3水相條件對(duì)萃取的影響

1pH2溫度3鹽析4帶溶劑（離子對(duì)）18.3水相條件對(duì)萃取的影響1pH16pH值一方面影響分配系數(shù)弱堿性紅霉素，當(dāng)pH9.8時(shí)，在乙酸戊酯與水相（發(fā)酵液）間的分配系數(shù)為44.7,而在pH5.5時(shí)，紅霉素在水相（緩沖液）與乙酸戊酯間的分配系數(shù)為14.4另一方面對(duì)選擇性也有影響酸性物質(zhì)一般在酸性下萃取到有機(jī)溶劑，而堿性雜質(zhì)則成鹽而留在水相。如為酸性雜質(zhì)則應(yīng)根據(jù)其酸性強(qiáng)弱，選擇合適的pH，盡可能除去pH值17溫度對(duì)萃取的影響溫度對(duì)萃取的影響18鹽析加入鹽析劑可使產(chǎn)物在水中溶解度降低，而易于轉(zhuǎn)入溶劑中另一反面也能減少有機(jī)溶劑在水中溶解度鹽析加入鹽析劑可使產(chǎn)物在水中溶解度降低，而易于轉(zhuǎn)入溶劑中19帶溶劑帶溶劑—是指一種物質(zhì)，能和欲提取的生物物質(zhì)形成復(fù)合物，而易溶于溶劑中，此復(fù)合物在一定條件下，又容易分解。帶溶劑帶溶劑—是指一種物質(zhì)，能和欲提取的生物物質(zhì)形成復(fù)合物，2018.4

乳化與去乳化乳化是一種液體分散在另一種不相混合的液體中的現(xiàn)象。乳化產(chǎn)生后，會(huì)使有機(jī)溶劑相和水相分層困難，出現(xiàn)兩種夾帶即發(fā)酵液廢液中夾帶有機(jī)溶劑微滴，意味發(fā)酵單位的損失，溶劑相中夾帶發(fā)酵液微滴，精制困難18.4乳化與去乳化乳化是一種液體分散在另一種不相混合的液21有機(jī)溶劑和水一起攪拌時(shí)，可能產(chǎn)生兩種形式的乳濁液一種是以油滴分散在水中，為O/W型乳濁液；另一種是水以水滴分散在油中，為W/O型有機(jī)溶劑和水一起攪拌時(shí)，可能產(chǎn)生兩種形式的乳濁液22表面活性劑的存在，容易形成乳化劑表面活性劑的存在，容易形成乳化劑23(生化工程課件)有機(jī)溶劑萃取2418.4.2乳濁液的穩(wěn)定條件和乳濁液的類型乳濁液穩(wěn)定劑和下列因素有關(guān)①界面上保護(hù)膜是否形成②液滴是否帶電③介質(zhì)的黏度④離子型的表面活性劑，除形成保護(hù)膜外，還會(huì)使分散相液滴帶電荷。如圖18-718.4.2乳濁液的穩(wěn)定條件和乳濁液的類型25(生化工程課件)有機(jī)溶劑萃取26(生化工程課件)有機(jī)溶劑萃取27(生化工程課件)有機(jī)溶劑萃取2818.4.3乳濁液的破壞*（1）過濾和離心分離*（2）加熱*（3）稀釋法*（4）加電解質(zhì)*（5）吸附法*（6）頂替法*（7）轉(zhuǎn)型法18.4.3乳濁液的破壞*（1）過濾和離心分離2918.4.4常用的去乳劑在生物合成工業(yè)上較常使用的去乳化劑有兩種一種是陽離子表面活性劑溴代十五烷基吡啶。另一種為陰離子表面活性劑十二烷基磺酸鈉18.4.4常用的去乳劑在生物合成工業(yè)上較常使用的去乳化劑3018.5萃取方式和理論收得率的計(jì)算工業(yè)上萃取操作包括三步驟①混合料液和萃取劑充分混合形成乳濁液，生物物質(zhì)自料液轉(zhuǎn)入萃取劑中。②分離將乳濁液分成萃取相和萃余相③溶劑回收混合通常在攪拌罐中進(jìn)行；也可以將料液和萃取劑以很高的速度在管道內(nèi)混合，湍流很高，為管道萃??；也可利用在噴射泵內(nèi)渦流混合進(jìn)行萃取的為噴射萃取。18.5萃取方式和理論收得率的計(jì)算工業(yè)上萃取操作包括三步驟31對(duì)于利用混合-分離器的萃取過程，按其操作方式分類，可以分成單級(jí)萃取和多級(jí)萃取，后者又分為錯(cuò)流萃取和逆流萃取，也可將錯(cuò)流和逆流結(jié)合起來操作對(duì)于利用混合-分離器的萃取過程，3218.5.1單級(jí)萃取18.5.1單級(jí)萃取33(生化工程課件)有機(jī)溶劑萃取34

18.5.2多級(jí)錯(cuò)流萃取18.5.2多級(jí)錯(cuò)流萃取35(生化工程課件)有機(jī)溶劑萃取36(生化工程課件)有機(jī)溶劑萃取37(生化工程課件)有機(jī)溶劑萃取3818.5.3多級(jí)逆流萃取18.5.3多級(jí)逆流萃取39(生化工程課件)有機(jī)溶劑萃取40(生化工程課件)有機(jī)溶劑萃取41(生化工程課件)有機(jī)溶劑萃取4218.5.4萃取計(jì)算諾模圖18.5.4萃取計(jì)算諾模圖43(生化工程課件)有機(jī)溶劑萃取44(生化工程課件)有機(jī)溶劑萃取45(生化工程課件)有機(jī)溶劑萃取46(生化工程課件)有機(jī)溶劑萃取47(生化工程課件)有機(jī)溶劑萃取4818.6離子對(duì)/反應(yīng)萃取離子對(duì)/反應(yīng)萃取就是使目標(biāo)溶質(zhì)與溶劑通過絡(luò)合反應(yīng)，酸堿反應(yīng)或離子交換反應(yīng)生成可溶性的復(fù)合的絡(luò)合物，易從水相轉(zhuǎn)移到有機(jī)溶劑/萃取系統(tǒng)中。18.6離子對(duì)/反應(yīng)萃取離子對(duì)/反應(yīng)萃取就是使目標(biāo)溶質(zhì)與溶49主要有兩類萃取劑*（1）有機(jī)磷類萃取劑

*（2）胺類萃取劑主要有兩類萃取劑50兩種情況下，萃取劑都要溶解在稀釋劑中。稀釋劑的選擇A分配系數(shù)B選擇性C毒性D水溶性E穩(wěn)定性F黏度和密度G第三相的形成兩種情況下，萃取劑都要溶解在稀釋劑中。5118.6.2離子對(duì)/反應(yīng)萃取的應(yīng)用（1）青霉素的萃取18.6.2離子對(duì)/反應(yīng)萃取的應(yīng)用（1）青霉素的萃取52(生化工程課件)有機(jī)溶劑萃取53思考題：1理解概念：分配系數(shù)，分離因子，溶解度參數(shù)，介電常數(shù)，HLB值，萃取因素，帶溶劑2生物物質(zhì)的萃取與傳統(tǒng)的萃取相比有哪些不同點(diǎn)？3pH對(duì)弱電解質(zhì)的萃取效率有何影響？4發(fā)酵液乳化現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的？對(duì)分離純化產(chǎn)生何影響?如何有效消除乳化現(xiàn)象？思考題：1理解概念：分配系數(shù)，分離因子，溶解度參數(shù)，介電常54萃取--用一種溶劑將產(chǎn)物自另一種溶劑中提取出來，達(dá)到濃縮和提純的目的18有機(jī)溶劑萃取萃取--用一種溶劑將產(chǎn)物自另一種溶劑中提取出來，達(dá)到濃縮和提55

特點(diǎn)（1） 萃取過程有選擇性（2） 能與其它步聚相配合（3） 通過相轉(zhuǎn)移減少產(chǎn)品水解（4） 適用于不同規(guī)模（5） 傳質(zhì)快（6） 毒性與安全環(huán)境問題特點(diǎn)56溶劑體積為樣品溶液的30％～35％。振蕩幾次打開活塞Gas蒸氣逸出（也叫放氣）溶劑體積為樣品溶液的30％～35％。振蕩幾次打開活塞Gas蒸57絮狀物（乳化）有機(jī)相水相水相和絮狀物靜置分層激烈振搖1～2min絮狀物有機(jī)相水相水相和絮狀物靜置分層激烈振搖58有機(jī)相3～5次有機(jī)相3～5次5918.1分配定律18.1分配定律60如為稀溶液，可用濃度代替活度

分配系數(shù)K＝C1/C2＝萃取相濃度/萃余相濃度應(yīng)用前提條件（1）稀溶液（2）溶質(zhì)對(duì)溶劑互溶沒有影響（3）必須是同一分子類型(生化工程課件)有機(jī)溶劑萃取61青霉素的分配平衡青霉素的分配平衡6218.1.2弱電解質(zhì)在有機(jī)溶劑-水相間的分配平衡18.1.2弱電解質(zhì)在有機(jī)溶劑-水相間的分配平衡63在有機(jī)相中，物質(zhì)不發(fā)生締合而成單分子形式，則單分子化合物的濃度符合分配定律

K0

＝[AH]/[AH]（18－４a）K0

＝[B]/[B]（18－４b）在有機(jī)相中，物質(zhì)不發(fā)生締合而成單分子形式，則單分子化合物的濃64用分析方法不能單獨(dú)測(cè)定水相中游離酸及游離堿濃度，只能測(cè)定游離酸和其負(fù)離子或游離堿和其正離子濃度的總濃度。K0

＝[AH]（Kp+[H+]）（18－5a）

c.[H+]K0

＝[B]（Kp+[H+]）（18－5b）

c.[H+]式中c為用分析方法測(cè)得的水相中物質(zhì)的總濃度c＝[AH]+[A-]（18－6a）

c＝[B]+[BH+]（18－6b）

用分析方法不能單獨(dú)測(cè)定水相中游離酸及游離堿濃度，只能測(cè)定游離65由（18－5）解出[AH]

和[B],可得有機(jī)相中物質(zhì)濃度與水相中總濃度及pH之間的關(guān)系

[AH]＝K0

.c[H+]（18-7a）

（Kp+[H+]）[B]＝K0

.c[H+]

（Kp+[H+]）

（18-7b）由（18－5）解出[AH]和[B],可得有機(jī)相中物質(zhì)濃度66K與pH之間的關(guān)系

[H+]K=

K0

Kp+[H+]

（18-8a）

KpK=

K0

Kp+[H+]

（18-8ｂ）溶質(zhì)在兩相的分配決定于溶劑的選擇和水相的pH(生化工程課件)有機(jī)溶劑萃取6718.2有機(jī)溶劑萃取溶劑特性對(duì)萃取過程的影響（1） 萃取過程的選擇性分離因子（2） 溶劑選擇介電常數(shù)18.2有機(jī)溶劑萃取溶劑特性對(duì)萃取過程的影響68除選擇萃取能力高，分離程度高以外，操作還要求①溶劑與被萃取的液相互溶度要小，黏度低，界面張力適中，使相的分散和兩相分離有利②溶劑的回收和再生容易，化學(xué)穩(wěn)定性好③溶劑的價(jià)廉易得④溶劑的安全性好，如閃點(diǎn)高、低毒等除選擇萃取能力高，分離程度高以外，操作還要求6918.3水相條件對(duì)萃取的影響

1pH2溫度3鹽析4帶溶劑（離子對(duì)）18.3水相條件對(duì)萃取的影響1pH70pH值一方面影響分配系數(shù)弱堿性紅霉素，當(dāng)pH9.8時(shí)，在乙酸戊酯與水相（發(fā)酵液）間的分配系數(shù)為44.7,而在pH5.5時(shí)，紅霉素在水相（緩沖液）與乙酸戊酯間的分配系數(shù)為14.4另一方面對(duì)選擇性也有影響酸性物質(zhì)一般在酸性下萃取到有機(jī)溶劑，而堿性雜質(zhì)則成鹽而留在水相。如為酸性雜質(zhì)則應(yīng)根據(jù)其酸性強(qiáng)弱，選擇合適的pH，盡可能除去pH值71溫度對(duì)萃取的影響溫度對(duì)萃取的影響72鹽析加入鹽析劑可使產(chǎn)物在水中溶解度降低，而易于轉(zhuǎn)入溶劑中另一反面也能減少有機(jī)溶劑在水中溶解度鹽析加入鹽析劑可使產(chǎn)物在水中溶解度降低，而易于轉(zhuǎn)入溶劑中73帶溶劑帶溶劑—是指一種物質(zhì)，能和欲提取的生物物質(zhì)形成復(fù)合物，而易溶于溶劑中，此復(fù)合物在一定條件下，又容易分解。帶溶劑帶溶劑—是指一種物質(zhì)，能和欲提取的生物物質(zhì)形成復(fù)合物，7418.4

乳化與去乳化乳化是一種液體分散在另一種不相混合的液體中的現(xiàn)象。乳化產(chǎn)生后，會(huì)使有機(jī)溶劑相和水相分層困難，出現(xiàn)兩種夾帶即發(fā)酵液廢液中夾帶有機(jī)溶劑微滴，意味發(fā)酵單位的損失，溶劑相中夾帶發(fā)酵液微滴，精制困難18.4乳化與去乳化乳化是一種液體分散在另一種不相混合的液75有機(jī)溶劑和水一起攪拌時(shí)，可能產(chǎn)生兩種形式的乳濁液一種是以油滴分散在水中，為O/W型乳濁液；另一種是水以水滴分散在油中，為W/O型有機(jī)溶劑和水一起攪拌時(shí)，可能產(chǎn)生兩種形式的乳濁液76表面活性劑的存在，容易形成乳化劑表面活性劑的存在，容易形成乳化劑77(生化工程課件)有機(jī)溶劑萃取7818.4.2乳濁液的穩(wěn)定條件和乳濁液的類型乳濁液穩(wěn)定劑和下列因素有關(guān)①界面上保護(hù)膜是否形成②液滴是否帶電③介質(zhì)的黏度④離子型的表面活性劑，除形成保護(hù)膜外，還會(huì)使分散相液滴帶電荷。如圖18-718.4.2乳濁液的穩(wěn)定條件和乳濁液的類型79(生化工程課件)有機(jī)溶劑萃取80(生化工程課件)有機(jī)溶劑萃取81(生化工程課件)有機(jī)溶劑萃取8218.4.3乳濁液的破壞*（1）過濾和離心分離*（2）加熱*（3）稀釋法*（4）加電解質(zhì)*（5）吸附法*（6）頂替法*（7）轉(zhuǎn)型法18.4.3乳濁液的破壞*（1）過濾和離心分離8318.4.4常用的去乳劑在生物合成工業(yè)上較常使用的去乳化劑有兩種一種是陽離子表面活性劑溴代十五烷基吡啶。另一種為陰離子表面活性劑十二烷基磺酸鈉18.4.4常用的去乳劑在生物合成工業(yè)上較常使用的去乳化劑8418.5萃取方式和理論收得率的計(jì)算工業(yè)上萃取操作包括三步驟①混合料液和萃取劑充分混合形成乳濁液，生物物質(zhì)自料液轉(zhuǎn)入萃取劑中。②分離將乳濁液分成萃取相和萃余相③溶劑回收混合通常在攪拌罐中進(jìn)行；也可以將料液和萃取劑以很高的速度在管道內(nèi)混合，湍流很高，為管道萃??；也可利用在噴射泵內(nèi)渦流混合進(jìn)行萃取的為噴射萃取。18.5萃取方式和理論收得率的計(jì)算工業(yè)上萃取操作包括三步驟85對(duì)于利用混合-分離器的萃取過程，按其操作方式分類，可以分成單級(jí)萃取和多級(jí)萃取，后者又分為錯(cuò)流萃取和逆流萃取，也可將錯(cuò)流和逆流結(jié)合起來操作對(duì)于利用混合-分離器的萃取過程，8618.5.1單級(jí)萃取18.5.1