萃取原理知識講座

液液萃取原理液液萃取是指兩個完全不互溶或部分互溶的液相接觸后，一個液相中的溶質(zhì)經(jīng)過物理或化學(xué)作用另一個液相，或在兩相中重新分配的過程。如下A,其余稱稀釋劑B2溶劑S：為萃取A而加入的溶劑，也稱萃取劑3萃取相：原溶劑和稀釋劑混合萃取后，分成兩相，含溶劑S較多的一相；萃余相：主含稀釋劑的一相萃取液：萃取相脫溶劑后的溶液萃余液：萃余相脫溶劑后的溶液萃取過程的條件：1．兩個接觸的液相完全不互溶或部分互溶2．溶質(zhì)組分和稀釋劑在兩相中分配比不同3．兩相接觸混合和分相；4. 溶劑S對A和B的溶解能力不一樣，溶劑具有選擇性，即2a€竺yB XB其中：y表示萃取相內(nèi)組分濃度；x表示萃余相內(nèi)組分濃度。上式說明：萃取相中A／B的濃度比值應(yīng)大于萃余相中A／B的濃度比值。典型工業(yè)萃取過程1以醋酸乙酯為溶劑萃取稀醋酸水溶液中的醋酸，制取無水醋酸。由于萃取相中含有水，萃余相中含有醋酸乙酯，所以萃取后產(chǎn)品和溶劑均須通過精餾別離實現(xiàn)。以醋酸丁酯為溶劑萃取青霉素產(chǎn)品。以環(huán)砜為溶劑從石油輕餾分中提取環(huán)烴；以輕油為溶劑從廢水中脫酚；以丙烷為溶劑從植物油中提取維生素。萃取過程的經(jīng)濟性1混合物的相對揮發(fā)度下或形成恒沸物，用一般精餾方法不能別離或很不經(jīng)濟；2.混合物濃度很稀，采用精餾方法必須將大量稀釋劑B氣化，能耗國道；3混合液含熱敏性物質(zhì)〔如藥物等〕，采用萃取方法精制可防止物料受熱破壞。萃取過程對萃取劑要求選擇性好；萃取容量大；化學(xué)穩(wěn)定性好；分相好；易于反萃取或精餾別離；操作安全、經(jīng)濟、毒性小常用的工業(yè)萃取劑醇類：異戊醇；仲辛醇；取代伯醇醚類：二異丙醚；乙基己基醚酮類：甲基異丁基酮；環(huán)己酮酯類：乙酸乙酯、乙酸戊酯、乙酸丁酯磷酸酯類：己基磷酸二〔2－乙基己基〕酯、二辛基磷酸辛指、磷酸三丁酯亞砜類：二辛基亞砜、二苯基亞砜、烴基亞砜羧酸類：肉桂酸、脂肪酸、月桂酸、環(huán)烷酸磺酸類：十二烷基苯磺酸、三壬基萘磺酸有機胺類：三烷基甲胺、二癸胺、三辛胺、三壬胺等等典型的萃取過程及設(shè)備1．單級萃?。夯旌铣燎宀廴鐖D混和器沉降槽重梆輕湘 XJ—fc-圖11-3噴灑萃JR混和器沉降槽重梆輕湘 XJ—fc-圖11-3噴灑萃JR塔2?多級混合一澄清槽mi1-4蛆級混和沉降槽多級錯流萃取多級逆流萃取b賽級逆流萃取卜徑相出汕I 料浪車州N專分層界孫T——二一旦h圖門*翁級琴收3塔式接觸設(shè)備：噴淋塔；板式塔；填料塔；脈動塔；轉(zhuǎn)盤塔萃取原理萃取是利用系統(tǒng)中組分在溶劑中有不同的溶解度來別離混合物的單元操作，利用相似相溶原理，萃取有兩種方式：液-液萃取，用選定的溶劑別離液體混合物中某種組分，溶劑必須與被萃取的混合物液體不相溶，具有選擇性的溶解能力，而且必須有好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，并有小的毒性和腐蝕性。如用苯別離煤焦油中的酚；用有機溶劑別離石油餾分中的烯烴；用CC14萃取水中的Br2.固-液萃取，也叫浸取，用溶劑別離固體混合物中的組分，如用水浸取甜菜中的糖類；用酒精浸取黃豆中的豆油以提高油產(chǎn)量；用水從中藥中浸取有效成分以制取流浸膏叫“滲瀝”或“浸瀝”。雖然萃取經(jīng)常被用在化學(xué)試驗中，但它的操作過程并不造成被萃取物質(zhì)化學(xué)成分的改變〔或說化學(xué)反應(yīng)〕，所以萃取操作是一個物理過程。萃取是有機化學(xué)實驗室中用來提純和純化化合物的手段之一。通過萃取，能從固體或液體混合物中提取出所需要的化合物。這里介紹常用的液－液萃取?；驹砝没衔镌趦煞N互不相溶〔或微溶〕的溶劑中溶解度或分配系數(shù)的不同，使化合物從一種溶劑內(nèi)轉(zhuǎn)移到另外一種溶劑中。經(jīng)過反復(fù)多次萃取，將絕大部分的化合物提取出來。分配定律是萃取方法理論的主要依據(jù)，物質(zhì)對不同的溶劑有著不同的溶解度。同時，在兩種互不相溶的溶劑中，加入某種可溶性的物質(zhì)時，它能分別溶解于兩種溶劑中，實驗證明，在一定溫度下，該化合物與此兩種溶劑不發(fā)生分解、電解、締合和溶劑化等作用時，此化合物在兩液層中之比是一個定值。不管所加物質(zhì)的量是多少，都是如此。屬于物理變化。用公式表示。CA/CB=KCA.CB分別表示一種化合物在兩種互不相溶地溶劑中的量濃度。K是一個常數(shù)，稱為“分配系數(shù)”。有機化合物在有機溶劑中一般比在水中溶解度大。用有機溶劑提取溶解于水的化合物是萃取的典型實例。在萃取時，假設(shè)在水溶液中加入一定量的電解質(zhì)〔如氯化鈉〕，利用“鹽析效應(yīng)”以降低有機物和萃取溶劑在水溶液中的溶解度，常可提高萃取效果。要把所需要的化合物從溶液中完全萃取出來，通常萃取一次是不夠的，必須重復(fù)萃取數(shù)次。利用分配定律的關(guān)系，可以算出經(jīng)過萃取后化合物的剩余量。設(shè)：V為原溶液的體積w0為萃取前化合物的總量w1為萃取一次后化合物的剩余量w2為萃取二次后化合物的剩余量w3為萃取n次后化合物的剩余量S為萃取溶液的體積經(jīng)一次萃取，原溶液中該化合物的濃度為w1/V；而萃取溶劑中該化合物的濃度為(wO-wl)/S；兩者之比等于K，即：wl/V=Kwl=w0KV(w0-wl)/SKV+S同理，經(jīng)二次萃取后，則有w2/V=K即(wl-w2)/Sw2=wlKV=w0KVKV+SKV+S因此，經(jīng)n次提取后:wn=w0(KV)KV+S當(dāng)用一定量溶劑時，希望在水中的剩余量越少越好。而上式KV/(KV+S)總是小于1,所以n越大，wn就越小。也就是說把溶劑分成數(shù)次作多次萃取比用全部量的溶劑作一次萃取為好。但應(yīng)該注意，上面的公式適用于幾乎和水不相溶地溶劑，例如苯，四氯化碳等。而與水有少量互溶地溶劑乙醚等，上面公式只是近似的。但還是可以定性地指出預(yù)期的結(jié)果。萃取可分為以下幾種：一、 雙水相萃取雙水相萃取技術(shù)((Two-aqueousphaseextraction，簡稱ATPS)是指親水性聚合物水溶液在一定條件下可以形成雙水相,由于被別離物在兩相中分配不同,便可實現(xiàn)別離"被廣泛用于生物化學(xué)細(xì)胞生物學(xué)和生物化工等領(lǐng)域的產(chǎn)品別離和提取"雙水相萃取技術(shù)設(shè)備投資少，操作簡單"該類雙水相體系多為聚乙二醇-葡萄糖和聚乙二醇-無機鹽兩種"由于水溶性高聚物難以揮發(fā)，使反萃取必不可少，且鹽進入反萃取劑中，對隨后的分析測定帶來很大的影響"另外水溶性高聚物大多黏度較大，不易定量操作，也給后續(xù)研究帶來麻煩"事實上，普通的能與水互溶的有機溶劑在無機鹽的存在下也可生成雙水相體系，并已用于血清銅和血漿鉻的形態(tài)分析"基于與水互溶的有機溶劑和鹽水相的雙水相萃取體系具有價廉!低毒!較易揮發(fā)而無需反萃取和防止使用黏稠水溶性高聚物等特點。二、 有機溶劑萃取水洗分液法是用水將有機相中溶于水的雜質(zhì)別離出來，到達(dá)純化有機相的目的。有機溶劑萃取法就是常說的萃取，即用有機溶劑把水相、固相〔或其它不溶于該溶劑的相〕中溶于該溶劑的組分別離出來的方法。理論部分見Afeastforeye的內(nèi)容。一般萃取實驗中，萃取后的有機相〔含所需化合物〕還要用水或飽和食鹽水洗，進一步純化有機相。這兩種方法都需要分液漏斗，操作過程基本相同，只需確定哪一層〔相〕需要保留。三、 超臨界萃取超臨界萃取所用的萃取劑為超臨界流體，超臨界流體是介于氣液之間的一種既非氣態(tài)又非液態(tài)的物態(tài)，這種物質(zhì)只能在其溫度和壓力超過臨界點時才能存在。超臨界流體的密度較大，與液體相仿，而它的粘度又較接近于氣體。因此超臨界流體是一種十分理想的萃取劑。超臨界流體的溶劑強度取決于萃取的溫度和壓力。利用這種特性，只需改變萃取劑流體的壓力和溫度，就可以把樣品中的不同組分按在流體中溶解度的大小，先后萃取出來，在低壓下弱極性的物質(zhì)先萃取，隨著壓力的增加，極性較大和大分子量的物質(zhì)與基本性質(zhì)，所以在程序升壓下進行超臨界萃取不同萃取組分，同時還可以起到別離的作用。溫度的變化表達(dá)在影響萃取劑的密度與溶質(zhì)的蒸汽壓兩個因素，在低溫區(qū)〔仍在臨界溫度以上〕，溫度升高降低流體密度，而溶質(zhì)蒸汽壓增加不多，因此，萃取劑的溶解能力時的升溫可以使溶質(zhì)從流體萃取劑中析出，溫度進一步升高到高溫區(qū)時，雖然萃取劑的密度進一步降低，但溶質(zhì)蒸汽壓增加，揮發(fā)度提高，萃取率不但不會減少反而有增大的趨勢。除壓力與溫度外，在超臨界流體中加入少量其他溶劑也可改變它對溶質(zhì)的溶解能力。其作用機理至今尚未完全清楚。通常加入量不超過10％，且以極性溶劑甲醇、異丙醇等居多。加入少量的極性溶劑，可以使超臨界萃取技術(shù)的適用范圍進一步擴大到極性較大化合物。超臨界流體萃取過程簡介將萃取原料裝入萃取釜。采用二氧化碳為超臨界溶劑。二氧化碳?xì)怏w經(jīng)熱交換器冷凝成液體，用加壓泵把壓力提升到工藝過程所需的壓力(應(yīng)高于二氧化碳的臨界壓力)，同時調(diào)節(jié)溫度，使其成為超臨界二氧化碳流體。二氧化碳流體作為溶劑從萃取釜底部進入，與被萃取物料充分接觸，選擇性溶解出所需的化學(xué)成分。含溶解萃取物的高壓二氧化碳流體經(jīng)節(jié)流閥降壓到低于二氧化碳臨界壓力以下進入別離釜(又稱解析釜)，由于二氧化碳溶解度急劇下降而析出溶質(zhì)，自動別離成溶質(zhì)和二氧化碳?xì)怏w二部分，前者為過程產(chǎn)品，定期從別離釜底部放出，后者為循環(huán)二氧化碳?xì)怏w，經(jīng)過熱交換器冷凝成二氧化碳液體再循環(huán)使用。整個別離過程是利用二氧化碳流體在超臨界狀態(tài)下對有機物有特異增加的溶解度，而低于臨界狀態(tài)下對有機物基本不溶解的特性，將二氧化碳流體不斷在萃取釜和別離釜間循環(huán)，從而有效地將需要別離提取的組分從原料中別離出來。四、液膜萃取是一項新的萃取技術(shù)。以水為連續(xù)相，分散以外表活性劑和有機相包覆有水相內(nèi)核的液滴，形成一乳狀液。在外水相中某些組分被液滴外的有機相萃取后進入液滴內(nèi)的水相，實現(xiàn)萃取別離。由于液滴的直徑只幾微米，液膜的比外表大，加以被萃取組分很快從有機相轉(zhuǎn)入內(nèi)水相，傳質(zhì)推動力大、傳質(zhì)不受外水相與表機相平衡濃度的限制，故萃取效率很高。技術(shù)的難點是破乳。目前在高壓靜電場下破乳是最有效的?？捎迷诮饘匐x子別離、生物產(chǎn)品別離以及污水處理等方面。五、固相萃取固相萃取法是色譜法的一個重要的應(yīng)用。在此方法中，使一定體積的樣品溶液通過裝有固體吸附劑的小柱，樣品中與吸附劑有強作用的組分被完全吸附；然后，用強洗脫溶劑將被吸附的組分洗脫出來，定容成小體積被測樣品溶液。使用固相萃取法，可以使樣品中的組分得到濃縮，同時可初步除去對感興趣組分有干擾的成分，從而提高了分析的靈敏度。固相萃取不僅可用于色譜分析中的樣品預(yù)處理，而且可用于紅外光譜、質(zhì)譜、核磁共振、紫外和原子吸收等各種分析方法的樣品預(yù)處理。C18固相萃取小柱具有疏水作用，對非極性的組分有吸附作用，因此可以從水中將多核芳烴萃取出來，完成濃縮樣品的作用。固相萃取小柱還有其他類型，如極性、離子交換等。六、液固萃取利用填充了細(xì)顆粒吸附劑的小柱作液-固萃取(liquid?solidextraction,LSE)的方法很快就把液一液萃取方法比了下去，在樣品基質(zhì)的簡化和痕量樣品的富集等方面建立起自己的地位。液一液萃取有這樣的一些問題：勞動力密集；經(jīng)常受到乳化等實際問題的困擾；傾向于消耗大量的高純度溶劑，這些溶劑往往對操作者健康和環(huán)境造成危害；在排放的時候帶來額外的費