分離與富集5章

第五章萃取分離5.1超臨界流體萃取5.2反膠團(tuán)萃取5.3雙水相萃取5.4溶劑萃取

5.1超臨界流體萃取SCFE1897年發(fā)現(xiàn)超臨界狀態(tài)的壓縮氣體對固體的特殊的溶解作用。Supercriticalfluidextraction我國從1981年開展此技術(shù)理論與應(yīng)用研究。

20世紀(jì)50年代從理論上提出其用于萃取分離的可能性。近二、三十年發(fā)展很快，成為一項(xiàng)新的化工分離技術(shù)，用于石油、醫(yī)藥、食品、香料中許多特定組分的分離。

20世紀(jì)60年代初德國申請第一個(gè)專利。

超臨界流體——處于臨界溫度和壓力以上的流體。不同的物質(zhì)其臨界點(diǎn)所要求的壓力和溫度各不相同。

一、超臨界流體萃取的基本原理(一)超臨界流體定義

目前研究較多的超臨界流體是CO2，臨界溫度(Tc=30.98℃)接近室溫，臨界壓力(pc=7.375MPa)也不高，無毒、不燃燒、易制成高純度氣體，對大部分物質(zhì)不反應(yīng)、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)。CO2的p-T相圖常用超臨界流體萃取劑的臨界特性

可作為SCF的物質(zhì)很多，各種溶劑的臨界特性如下:流體名稱分子式臨界壓力(105Pa)臨界溫度(℃)臨界密度(g/cm3)二氧化碳

CO2

73.7530.98

0.468

水

H2O217.6374.20.332

氨

NH3112.5132.40.235

甲醇

CH3OH81239.430.272

乙醇C2H5OH61.48240.770.276

氧化二氮

N2O71.736.5

0.450

丙烷

C3H842.696.810.217

戊烷

C5H1233.8196.60.232

丁烷

C4H1038.0152.00.228(1)其擴(kuò)散系數(shù)比氣體小，但比液體高一個(gè)數(shù)量級;(2)粘度接近氣體;(3)密度類似液體；壓力細(xì)微變化可導(dǎo)致其密度顯著變動(dòng);(4)壓力或溫度的改變均可導(dǎo)致相變。

氣體、液體和SCF物理特征比較物質(zhì)狀態(tài)氣態(tài)液態(tài)SCF密度(g/cm3)(0.6-2)×10-3

0.6-1.60.2-0.9粘度(g/cm/s)(1-3)×10-4

(0.2-3)×10-2

(1-9)×10-4擴(kuò)散系數(shù)(cm2/s)0.1-0.4(0.2-2)×10-5

(2-7)×10-4SCF不同于一般氣體和液體，它本身具有許多特性:

超臨界流體兼有液體和氣體的雙重特性，既具有與氣體相當(dāng)?shù)母邤U(kuò)散系數(shù)和低粘度，滲透性好，又具有與液體相近的密度和物質(zhì)良好的溶解能力?？梢愿斓赝瓿蓚髻|(zhì)，達(dá)到平衡，促進(jìn)高效分離過程的實(shí)現(xiàn)。（二）超臨界流體的傳遞特性

其密度對溫度和壓力變化十分敏感，且與溶解能力在一定壓力范圍內(nèi)成比例，所以可通過控制溫度和壓力改變物質(zhì)的溶解度。（三）超臨界流體的溶解性能萘在CO2中溶解度與壓力的關(guān)系萘在CO2中溶解度與溫度的關(guān)系CO2密度急劇減小的緣故二、超臨界流體萃取的典型流程

萃取階段分離階段（更容易，相當(dāng)于反萃）1、等溫法

CO2萃取萘溶解度3×107Pa5%9×106Pa0.2%

亦可在臨界點(diǎn)附近進(jìn)行萃取，然后在臨界點(diǎn)以下，萃取劑變成氣體，被萃物析出。變壓分離流程——最方便isothermalmethod2、變溫法（等壓法）3、吸附法2、變溫法（等壓法）

較高的操作壓力下，亦可以在升溫下萃取，降溫時(shí)把溶劑與被萃物分離。

在不太高的壓力下被萃物低溫時(shí)被萃取，在升溫下溶劑與被萃物分離。isopiesticmethod3、吸附法

等溫、等壓法——被萃取物為需精制產(chǎn)品

吸附法——被萃物為需除去的有害成分，萃取器留下為需提純組分。

從萃取器出來的萃取相在等溫等壓條件下進(jìn)入分離器，萃取相中的溶質(zhì)由分離器中吸附劑吸附，溶劑再回到萃取器中循環(huán)使用。adsorptivemethod

超臨界萃取裝置可以分為兩種類型：1、研究分析型，主要應(yīng)用于小量物質(zhì)的分析，或?yàn)樯a(chǎn)提供數(shù)據(jù)。2、制備生產(chǎn)型，主要是應(yīng)用于批量或大量生產(chǎn)。三、萃取裝置

由于萃取過程在高壓下進(jìn)行，所以對設(shè)備以及整個(gè)管路系統(tǒng)的耐壓性能要求較高，生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)微機(jī)自動(dòng)監(jiān)控，可以大大提高系統(tǒng)的安全可靠性，并降低運(yùn)行成本。美國

SupercriticalProcessingInc.產(chǎn)品型號：超臨界CO2流體萃取儀原產(chǎn)地：美國

近年來發(fā)展迅速，特別是1978年在西德埃森舉行全世界第一次“超臨界流體萃取”的專題討論會(huì)以來，被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、保健品、化學(xué)、石油等領(lǐng)域，受到世界各國的普遍重視，在我國已被列為九五期間國家重點(diǎn)開發(fā)的高科技項(xiàng)目。四、超臨界流體萃取的應(yīng)用

超臨界流體萃取技術(shù)是七十年代末才興起的一種新型生物分離精制技術(shù)。

目前，已經(jīng)可以用超臨界二氧化碳從葵花籽、紅花籽、花生、小麥胚芽、棕櫚、可可豆中提取油脂，且提出的油脂中磷含量低，著色度低，無臭味。（一）在食品方面的應(yīng)用

傳統(tǒng)的食用油提取方法是乙烷萃取法，但此法生產(chǎn)的食用油所含溶劑的量難以滿足食品管理法的規(guī)定。

美國采用SCFE提取豆油，產(chǎn)品質(zhì)量大幅度提高，且無污染問題。

這種方法比傳統(tǒng)的壓榨法的回收率高，而且不存在溶劑法的溶劑分離問題。

這一技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是取代了原來在產(chǎn)品中仍殘留對人體有害的微量鹵代烴溶劑，咖啡因的含量可從原來的1%左右降低至0.02%，而且CO2的良好的選擇性可以保留咖啡中的芳香物質(zhì)。

西德最早用超臨界二氧化碳萃取咖啡豆中咖啡因，由西德的Hag公司實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，并被世界各國普遍采用。

工業(yè)上傳統(tǒng)的方法是用二氯乙烷來提取，但二氯乙烷不僅提取咖啡因，也提取掉咖啡中的芳香物質(zhì)，而且殘存的二氯乙烷不易除凈，影響咖啡質(zhì)量。咖啡中含有的咖啡因，多飲對人體有害，因此必須從咖啡中除去。

攝取魚油和多烯不飽和脂肪酸（亞麻酸、EPA二十二碳六烯酸、DHA二十碳五烯酸）有益于健康。

從銀杏葉中提取銀杏黃酮，從蛋黃中提取的卵磷脂等對心腦血管疾病具有獨(dú)特的療效。日本從藥用植物蛇床子、桑白皮、甘草根、紫草、紅花、月見草中提取了有效成分。（二）在醫(yī)藥保健品方面的應(yīng)用

美國ADL公司從7種植物中萃取出了治療癌癥的有效成分，使其真正應(yīng)用于臨床。

從藻類中萃取獲得的脂類物質(zhì)不含膽固醇，而且葉綠素不會(huì)被超臨界CO2萃出，因而省去了傳統(tǒng)溶劑萃取的漂白過程。

中藥生產(chǎn)采用大桶煮提、大鍋蒸熬。（三）中草藥有效成分提取方面的應(yīng)用

由于化學(xué)藥品的毒副作用及合成一個(gè)新藥又需巨大的投資，因此，全世界范圍內(nèi)掀起了中醫(yī)中藥熱。

中國僅占全世界天然藥物貿(mào)易額的l%左右。原因主要是產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代工程技術(shù)水平不高，導(dǎo)致消耗高、效率低，有效成分損失、療效不穩(wěn)定、劑量大、產(chǎn)品外觀顏色差；大多數(shù)產(chǎn)品缺乏療效基本一致的內(nèi)在質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

國內(nèi)外SCFE研究開發(fā)應(yīng)用大多只停留在中藥有效成分或中間原料提取方面。中藥的研究與開發(fā)必須具有藥理臨床效果。

啤酒花是啤酒釀造中不可缺少的添加物，具有獨(dú)特的香氣、清爽度和苦味。傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的啤酒花浸膏不含或僅含少量的香精油，破壞了啤酒的風(fēng)味，而且殘存的有機(jī)溶劑對人體有害。超臨界萃取技術(shù)為酒花浸膏的生產(chǎn)開辟了廣闊的前景。（四）天然香精香料的提取

用SCFE法萃取香料不僅可以有效地提取芳香組分，而且還可以提高產(chǎn)品純度，能保持其天然香味，如從桂花、茉莉花、菊花、梅花、米蘭花、玫瑰花中提取花香精，從胡椒、肉桂、芹菜籽、生姜、茴香、八角等原料中提取香辛料，不僅可以用作調(diào)味香料，而且一些精油還具有較高的藥用價(jià)值。

啤酒花是多年生植物，是生產(chǎn)啤酒的重要原料。

啤酒花可以被制作成丸狀、膠狀或者是精油。啤酒花在歐洲、美洲和我國新疆等很多地方都有生產(chǎn)。啤酒花的品種也很豐富，有些啤酒使用一種啤酒花釀造，而有些啤酒卻使用多種啤酒花來達(dá)到釀酒大師要求的獨(dú)特味道。

酒花的一般化學(xué)成分：已知有200多種，包括總樹脂、揮發(fā)油、多酚物質(zhì)、糖類、果膠、氨基酸等。對啤酒釀造有特殊意義的三大成分為：酒花精油，苦味物質(zhì)和多酚。

苦味成分異草酮類賦予啤酒特殊的清香味和適口的苦味，可增加啤酒的防腐能力，并有利于啤酒泡沫持久性。（五）天然色素的提取

目前國際上對天然色素的需求量逐年增加，主要用于食品加工、醫(yī)藥和化妝品，不少發(fā)達(dá)國家已經(jīng)規(guī)定了不許使用合成色素的最后期限，在我國合成色素的禁用也勢在必行。

莧菜紅、胭脂紅、檸檬黃、日落黃、亮藍(lán)、靛藍(lán)、新紅、赤蘚紅溶劑法生產(chǎn)的色素純度差、有異味和溶劑殘留，無法滿足國際市場對高品質(zhì)色素的需求。超臨界萃取技術(shù)克服了以上這些缺點(diǎn)，目前用SCFE法提取天然色素(辣椒紅色素)的技術(shù)已經(jīng)成熟并達(dá)到國際先進(jìn)水平。

生物活性物質(zhì)和生物制品的提?。–O2萃取部分產(chǎn)品）原料名稱產(chǎn)物名稱啤酒花

啤酒花油辣椒辣椒紅色素小麥胚芽胚芽油當(dāng)歸精油茉莉花凈油銀杏葉銀杏內(nèi)酯菊花根除蟲菊酯豆子豆油精練油花生精練油（六）超臨界流體與宇宙科學(xué)、航天技術(shù)

地球核心、太陽核心、白矮星核心及天體黑洞等均屬于超臨界流體。航天所需的固體火箭推進(jìn)劑（有機(jī)燃料將結(jié)晶狀的氧化劑融合凝固制成的混合體系推進(jìn)劑

），而制造這一納米材料的最佳工藝就是超臨界多元流體水反應(yīng)，其特點(diǎn)是粒度較細(xì)，且粒度均勻。

從太空帶回地面的一切標(biāo)本，均需進(jìn)行消毒滅菌劑嚴(yán)密清洗，最理想的消毒滅菌清洗劑，就是超臨界多元流體。（七）超臨界流體與生命科學(xué)

超高壓水在

18℃時(shí)不會(huì)結(jié)冰，這給生命科學(xué)家留下許多想象的空間。超臨界CO2循環(huán)處理人體血液，對血液進(jìn)行脫脂、滅殺血液中的病毒及寄生蟲卵，可用于治療一些疑難重病及不治之癥。

(2)使用SCFE是最干凈的提取方法，由于全過程不用有機(jī)溶劑，因此萃取物絕無殘留溶劑，同時(shí)也防止了提取過程對人體的毒害和對環(huán)境的污染，是100%的純天然；五、超臨界流體萃取的特點(diǎn)(1)可以在接近室溫(35-40℃)進(jìn)行提取，有效地防止了熱敏性物質(zhì)的氧化和逸散。(3)萃取和分離合二為一，當(dāng)飽含溶解物的CO2-SCF流經(jīng)分離器時(shí)，由于壓力下降使得CO2與萃取物迅速成為兩相（氣液分離）而立即分開，不僅萃取效率高而且能耗較少；超臨界流體萃取的特點(diǎn)(4)CO2是一種不活潑的氣體，萃取過程不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，且屬于不燃性氣體，無味、無臭、無毒，故安全性好；(5)CO2價(jià)格便宜，純度高，容易取得，且在生產(chǎn)過程中循環(huán)使用，從而降低成本；(6)壓力和溫度都可以成為調(diào)節(jié)萃取過程的參數(shù)。通過改變溫度或壓力達(dá)到萃取目的。工藝簡單易掌握，而且萃取速度快。缺點(diǎn)

所需的高壓系統(tǒng)給大規(guī)模應(yīng)用帶來一定的困難，設(shè)備的投資費(fèi)用高。

超臨界流體物質(zhì)有很強(qiáng)的非理想性，物性數(shù)據(jù)缺乏。

CO2超臨界萃取技術(shù)目前國際上已經(jīng)在走下坡路，有些大公司都已經(jīng)停止生產(chǎn)，如HP公司在98年停產(chǎn)，戴安公司97年停產(chǎn)CO2超臨界萃取。1、因?yàn)槭褂酶邷睾透邏杭夹g(shù)，所以CO2超臨界萃取技術(shù)的儀器結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，使用時(shí)故障率很高，維修費(fèi)用很大。2、對CO2的要求很高，需要使用99.999%的CO2。該級別的CO2價(jià)格很貴，而且一旦開機(jī)每天CO2的用量驚人，所以用戶很難承受。3、CO2超臨界萃取在實(shí)際使用中，其中85%以上的樣品萃取過程中需要添加輔助有機(jī)溶劑才能達(dá)到好的效果。國際上一直在爭議：到底CO2超臨界萃取過程中是超臨界CO2在起作用，還是輔助有機(jī)溶劑在起萃取作用?CO2氣體主要是釀造廠、化工廠的副產(chǎn)品。25kgCO2的價(jià)格99.5%，45元。99.98%，80～100元。99.999%，1400元。5.2反膠團(tuán)萃取

reversedmicelleextraction

例如:主要有氯仿或四氯化碳萃取膠體金；

乙醚或氯仿萃取膠體銀或硫酸鋇等。

被萃物以膠體（團(tuán)）被萃取。金屬或其化合物可以生成疏水性膠體粒子而進(jìn)入有機(jī)相，但應(yīng)用不廣。

溶劑萃取不適用。絕大多數(shù)蛋白質(zhì)都不溶于有機(jī)溶劑，且蛋白質(zhì)與有機(jī)溶劑接觸，會(huì)引起蛋白質(zhì)變性。

對于生物物質(zhì)，如蛋白質(zhì)等在40-50℃便不穩(wěn)定，開始變性。常用的分離方法

如精餾、蒸餾、蒸發(fā)等，破壞其生物活性；

生物產(chǎn)品一般粘度較大，過濾、超濾也較困難。

反膠團(tuán)萃取是80年代出現(xiàn)的一種新的生化分離技術(shù)，具有選擇性高、操作方便、放大容易、萃取劑（反膠團(tuán)相）可循環(huán)利用以及分離和濃縮同步進(jìn)行等優(yōu)點(diǎn)，特別適宜于蛋白質(zhì)的分離。目前這一領(lǐng)域的研究相當(dāng)活躍。

當(dāng)前，許多高附加值生物工程產(chǎn)品迫切需要開發(fā)從發(fā)酵液或細(xì)胞培養(yǎng)液中連續(xù)提取目標(biāo)產(chǎn)品的技術(shù)。一、反向膠團(tuán)的形成過程膠團(tuán)micelle

膠團(tuán)是表面活性劑分子溶于水中自發(fā)形成的聚集體。0.1~1.0mmol.L-1

反膠團(tuán)的極性核溶解少量水后形成微型“水池”，蛋白質(zhì)、核酸、氨基酸等生物物質(zhì)溶解在其中，由于膠團(tuán)的屏蔽作用這些生物物質(zhì)不與有機(jī)溶液直接接觸，起到保護(hù)生物物質(zhì)的活性的作用。

反膠團(tuán)是表面活性劑分子溶于非極性溶劑中自發(fā)形成的聚集體。Waterpool

膠團(tuán)典型的聚集數(shù)50~100，形狀為球形、層狀或棒狀

反向膠團(tuán)較小，聚集數(shù)50，通常為球形，某些情況下也可為層狀和棒狀。Waterpool重要參數(shù)：反膠團(tuán)的含水量W0=c(H2O)/c(Surfactant)。

W0>16時(shí)，水池水與正常水接近。但當(dāng)W0很大時(shí)，理化性質(zhì)也不能與正常水完全相同，特別是在接近表面活性劑親水頭的區(qū)域內(nèi)

。

反膠團(tuán)中的水與正常的水有所不同，尤其是W0相當(dāng)?shù)蜁r(shí)，如W0<10，通常其冰點(diǎn)<0℃。

Watercontent一般W0<40

反膠團(tuán)物理性質(zhì)主要取決于W0，W0決定了反膠團(tuán)的大小和每個(gè)膠團(tuán)中所含表面活性劑個(gè)數(shù)。W0值與表面活性劑的種類、助表面活性劑、水相中鹽的種類和濃度有關(guān)。

因?yàn)樗厮鼙砻婊钚詣┯H水基團(tuán)的強(qiáng)烈束縛，表觀黏度上升50倍。二、蛋白質(zhì)的溶解水殼模型

蛋白質(zhì)被吸附在微膠團(tuán)的“壁”上蛋白質(zhì)親脂部分直接與有機(jī)相接觸蛋白質(zhì)被幾個(gè)微膠團(tuán)所溶解

微膠團(tuán)非極性尾與蛋白質(zhì)的親脂部分接觸dissolutionofprotein

三元相圖及萃取蛋白質(zhì)三、反膠團(tuán)的萃取原理

能用于蛋白質(zhì)分離的是兩相區(qū)，一相為含極少量有機(jī)溶劑和表面活性劑的水相，另一相是反膠團(tuán)溶液。水-AOT-異辛烷系統(tǒng)的三相圖Liquidcrystal二-（2-乙基己基）丁二酸酯磺酸鈉哪個(gè)區(qū)域能用于萃?。?/p>

蛋白質(zhì)進(jìn)入反膠團(tuán)溶液是一協(xié)同過程。在有機(jī)溶劑相和水相兩宏觀相界面間的表面活性劑層，同鄰近的蛋白質(zhì)分子發(fā)生靜電吸引而變形，接著兩界面形成含有蛋白質(zhì)的反膠團(tuán)，然后擴(kuò)散到有機(jī)相中，從而實(shí)現(xiàn)了蛋白質(zhì)的萃取。

蛋白質(zhì)如何通過油水相界面進(jìn)入反膠團(tuán)？

改變水相條件（如pH值、離子種類或離子強(qiáng)度），又可使蛋白質(zhì)從有機(jī)相中返回到水相中，實(shí)現(xiàn)反萃取過程。推動(dòng)力

位阻效應(yīng)：親水性物質(zhì)如蛋白質(zhì)、核酸和氨基酸等，都可以通過溶入“水池”來達(dá)到它們?nèi)苡诜撬軇┑哪康?，但“水池”的物理性質(zhì)（大小、形狀等）及其水的活度可以用W0的變化來調(diào)節(jié)，并且會(huì)影響大分子如蛋白質(zhì)的增溶或排斥，達(dá)到選擇性萃取的目的。

蛋白質(zhì)如何通過油水相界面進(jìn)入反膠團(tuán)的機(jī)理尚不很清楚。萃取過程是靜電力、疏水力、空間力、親和力或幾種力協(xié)同作用的結(jié)果。

靜電作用和位阻效應(yīng)

僅知道蛋白質(zhì)表面的電荷與反膠團(tuán)內(nèi)表面的電荷之間的靜電作用起了重要作用。四、主要影響因素

影響反膠團(tuán)萃取過程的主要因素有表面活性劑的種類及濃度、水相的pH值、離子強(qiáng)度、溫度等。maininfluencefactors

一般d為5-200nm，其內(nèi)水池直徑計(jì)算：M——水的相對分子質(zhì)量；

——水的密度asurf——界面處一個(gè)表面活性劑分子的面積：

AOT經(jīng)驗(yàn)式:d=0.3W0+2.4(nm)式中右側(cè)第一項(xiàng)為反膠團(tuán)的水核直徑，第二項(xiàng)(2.4nm)為AOT分子長度的二倍。與反膠束相有關(guān)的因素與水相有關(guān)的因素表面活性劑的種類pH值表面活性劑的濃度離子的種類溶劑的種類離子的強(qiáng)度助表面活性劑及其濃度與目標(biāo)蛋白質(zhì)有關(guān)的因素與環(huán)境有關(guān)的因素蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)系統(tǒng)的溫度蛋白質(zhì)的大小系統(tǒng)的壓力蛋白質(zhì)的濃度蛋白質(zhì)表面的電荷分布影響因素1、表面活性劑和溶劑種類

在反膠團(tuán)萃取過程中，希望選擇的表面活性劑能形成體積較大的反膠團(tuán)，W0=50~60，半徑170nm，有利于萃取分子量大的蛋白質(zhì)，且蛋白質(zhì)與反膠團(tuán)間的相互作用不應(yīng)太強(qiáng)，以減少蛋白質(zhì)的失活。

該反膠團(tuán)體系不需加入助表面活性劑，但對于分子量大于30000的蛋白質(zhì)萃取效率較差，且酶在反膠團(tuán)中的穩(wěn)定性也不高。

陰離子表面活性劑AOT[二-（2-乙基己基）丁二酸酯磺酸鈉]與異辛烷形成的反膠團(tuán)是目前最常用的反膠團(tuán)體系。

最近一些研究者開始嘗試用兩種或兩種以上的混合表面活性劑形成的反膠團(tuán)來萃取分子量大的蛋白質(zhì)。

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，含有聚氧乙烯鏈的非離子表面活性劑可形成體積較大的反膠團(tuán)，酶在其中的穩(wěn)定性也大為改善，但需要加入助表面活性劑。

陽離子表面活性劑如季胺鹽形成的反膠團(tuán)通常體積較小且需要加入助表面活性劑。

常用的表面活性劑及其相應(yīng)的有機(jī)溶劑體系

表面活性劑有機(jī)溶劑體系二-（2-乙基己基）C6-C12正烷烴類、異辛烷、丁二酸酯磺酸鈉（AOT）環(huán)己烷、四氯化碳、苯十六烷基三甲基溴化銨乙醇/異辛烷、己醇/辛烷、(CTAB)三氯甲烷/辛烷三辛基甲基氯化銨環(huán)己烷(TOMAC)磷脂酰膽堿苯、庚烷磷脂酰乙醇胺苯、庚烷TOMAC:trioctyl-methyl-ammoniumchloride

CTAB:cetyl-trimethyl-ammoniumbromide十六烷基三甲基溴化銨氯化三辛基甲銨2、水相的pH值

pH值對蛋白質(zhì)萃取過程的影響主要體現(xiàn)在改變蛋白質(zhì)的表面電荷上。以AOT／異辛烷形成的反膠團(tuán)為例，在離子強(qiáng)度一定時(shí)，當(dāng)pH<pI時(shí)，蛋白質(zhì)表面帶正電荷，反膠團(tuán)內(nèi)表面的凈電荷為負(fù)，這樣就因異性電荷相吸而使蛋白質(zhì)由水相轉(zhuǎn)入到反膠團(tuán)相。

控制水相的pH值是實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)的萃取／反萃循環(huán)的重要方法之一。pHvalueofaqueousphase

蛋白質(zhì)有確定的等電點(diǎn)pI，pH<pI時(shí)，表面荷正電，反之荷負(fù)電。isoelectricpoint

通過調(diào)節(jié)水相的pH值。使pH>pI，就可以使蛋白質(zhì)又從有機(jī)相轉(zhuǎn)入水相，從而實(shí)現(xiàn)不同性質(zhì)（不同等電點(diǎn)）蛋白質(zhì)間的分離。

值得注意的是，pH值的改變不應(yīng)過于劇烈，否則易引起蛋白質(zhì)的變性。3、離子強(qiáng)度

另外，離子強(qiáng)度增大后，將減弱表面活性劑極性頭間的排斥，導(dǎo)致反膠團(tuán)變小，使蛋白質(zhì)不能進(jìn)入反膠團(tuán)中。

I低時(shí)，蛋白質(zhì)幾乎100%溶解，增大I將減弱與反膠團(tuán)內(nèi)表面間的靜電引力，使蛋白質(zhì)的溶解度減小。ionicstrength

因此，在低離子強(qiáng)度下萃入反膠團(tuán)相中的蛋白質(zhì)，可以通過使其與另一離子強(qiáng)度較高的水相接觸而發(fā)生反萃。

由于蛋白質(zhì)的性質(zhì)不同，其在反膠團(tuán)相中的溶解度達(dá)到最低時(shí)所對應(yīng)的最小離子強(qiáng)度也不相同，利用這種差別，即可實(shí)現(xiàn)不同蛋白質(zhì)間的分離和濃縮。特別是當(dāng)幾種蛋白質(zhì)間的等電點(diǎn)差別不大時(shí)，這種方法尤為有效。

4、溫度的影響

溫度的變化對反膠束系統(tǒng)中的物理化學(xué)性質(zhì)有較大影響，能增加蛋白質(zhì)在有機(jī)相的溶解度。

例如增加溫度可使

-胰凝乳蛋白酶(糜蛋白酶)進(jìn)入有機(jī)相轉(zhuǎn)移率增加50%。5、有機(jī)溶劑的影響

有機(jī)溶劑的種類影響反膠束的大小，從而影響水增溶的能力，所以可以利用因溶劑作用引起的不同膠束結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)選擇性增溶生物分子的目的，如α-胰凝乳蛋白酶隨溶劑的不同在反膠束中增溶的比率會(huì)出現(xiàn)顯著的差別。6、離子種類對萃取的影響

陽離子的種類對萃取率的影響主要體現(xiàn)在改變反膠束內(nèi)表面的電荷密度上。通常反膠束中表面活性劑的極性基團(tuán)不是完全電離的，有很大一部分陽離子仍在膠團(tuán)的內(nèi)表面上(相反離子締合)。極性基團(tuán)的電離程度愈大，反膠束內(nèi)表面的電荷密度愈大，產(chǎn)生的反膠束也愈大。

7、助表面活性劑的影響

當(dāng)使用陽離子表面活性劑時(shí)，引入助表面活性劑，能夠增進(jìn)有機(jī)相的溶解容量，這多半是由于膠束尺寸增加而產(chǎn)生的。

助表面活性劑的極性頭是一種親和配基，可選擇性結(jié)合目標(biāo)蛋白質(zhì)。采用這種體系，可使蛋白質(zhì)萃取率和選擇性大大提高，并可使操作范圍(如pH、離子強(qiáng)度)變寬。五、分離過程

三種蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)和相對分子質(zhì)量蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量等電點(diǎn)核糖核酸酶136837.8細(xì)胞色素C1338410.6溶菌酶1430011.1

調(diào)節(jié)pH值、離子強(qiáng)度使反膠團(tuán)選擇性地溶解某種蛋白質(zhì)，再改變pH值、離子強(qiáng)度，就可使蛋白質(zhì)重返水相，即反萃取。（溫度、有機(jī)溶劑、離子種類、助表面活性劑）六、反膠團(tuán)的萃取方法

一般把含有表面活性劑的有機(jī)相與含有蛋白質(zhì)的水相接觸，通過攪拌。蛋白質(zhì)會(huì)緩慢地從水相轉(zhuǎn)移到有機(jī)相中。這種方法形成的最終體系是穩(wěn)定的，且可能在低W0下得到高蛋白濃度。

水不溶性蛋白質(zhì)：反膠團(tuán)溶液與固體蛋白質(zhì)粉末接觸使蛋白質(zhì)進(jìn)入反膠團(tuán)。

最常用的方法。蛋白質(zhì)溶液直接注入含有表面活性劑的有機(jī)相中，攪拌成澄清的溶液。這種方法易控制水的含量和水核的尺寸。一、相轉(zhuǎn)移法二、注射法三、溶解法injectionmethoddissolutionmethod

反膠團(tuán)萃取具有選擇性高、萃取過程簡單、且正向萃取、反向萃取可同時(shí)進(jìn)行，并能有防止大分子失活、變性等優(yōu)良特性。反膠束萃取具有成本低、溶劑可反復(fù)使用、萃取率和反萃取率都很高等突出的優(yōu)點(diǎn)。

七、反膠團(tuán)萃取優(yōu)缺點(diǎn)

此外，反膠束萃取還有可能解決外源蛋白的降解，即蛋白質(zhì)(胞內(nèi)酶)在非細(xì)胞環(huán)境中迅速失活的問題，而且由于構(gòu)成反膠束的表面活性劑往往具有溶解細(xì)胞的能力，因此可用于直接從整細(xì)胞中提取蛋白質(zhì)和酶?？梢?，反膠束萃取技術(shù)為蛋白質(zhì)的分離提取開辟了一條具有工業(yè)開發(fā)前景的新途徑。

但是，反膠團(tuán)界面的復(fù)雜性，表面活性劑的自聚性等都成為制約其發(fā)展的因素。

反膠團(tuán)萃取分離技術(shù)是一種新型的，有發(fā)展前途的生物產(chǎn)品的分離技術(shù)。

目前應(yīng)用此技術(shù)處理氨基酸、肽、蛋白質(zhì)等生物大分子的分離純化。尤其是蛋白質(zhì)或其混合物包括α-淀粉酶、細(xì)胞色素C、核糖核酸酶、溶菌酶、α-胰凝乳蛋白酶、脂肪酶、胰蛋白酶、胃蛋白酶、過氧化氫酶等。

由于反膠團(tuán)微乳液的液滴直徑小（5~200nm），液滴內(nèi)部的水相是很好的化學(xué)反應(yīng)環(huán)境，液滴形狀為規(guī)則的球形，而且液滴大小可以人為控制．從而控制產(chǎn)品粒子的粒徑，所以用它來合成納米粒子具有很廣泛的應(yīng)用前景。

此法合成出的粒子的外表面一般包覆著單層表面活性劑分子或反應(yīng)不徹底的產(chǎn)物分子，所以產(chǎn)品粒子分散性比較好，不易團(tuán)聚，有時(shí)在微乳液的液滴中還可發(fā)生常規(guī)水溶液中不能發(fā)生的反應(yīng)。

Lepiller采用硅氧烷表面活性劑，聚合甲基丙烯酸甲酯，成功地得到高分子量、尺寸分布窄的微納米級球狀高聚物顆粒。

例如在TX-100／己醇／環(huán)己烷／水的W/O微乳液中，用NaBH還原CuC1的水溶液，可獲得分散性較好的納米粒子Cu，粒子表面包覆著一層CuC1分子。

用水解反應(yīng)制各氧化物或用復(fù)分解反應(yīng)制備金屬氯化物、硫化物、溴化物等，或利用其它一些反應(yīng)?？梢杂媚Ｐ虯+B—?C↓+D來描述，A、B為溶于水的反應(yīng)物，C為不溶于水的產(chǎn)物沉淀，D為副產(chǎn)物。

辛基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯辛基苯酚醚、聚環(huán)氧乙烯醚

同時(shí)反膠團(tuán)技術(shù)在制備納米粒子，模擬酶膜反應(yīng)器以及用作生物探針等諸多方面都顯示了強(qiáng)大的優(yōu)勢，但都需要在理論和實(shí)踐方面多加探討。

如何萃取分子量大的蛋白質(zhì)，如何最大限度的保持蛋白質(zhì)的活性，也是值得研究的課題；

目前，反膠團(tuán)技術(shù)大多還處于實(shí)驗(yàn)室階段，它們的微結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)萃取的選擇性之間的規(guī)律、蛋白質(zhì)與表面活性劑的相互作用、萃取機(jī)理等尚需進(jìn)一步的探討；

隨著研究的不斷深入，利用反膠團(tuán)萃取技術(shù)對蛋白質(zhì)等生物產(chǎn)品進(jìn)行大規(guī)模的分離和純化已為時(shí)不遠(yuǎn)。

5.3雙水相萃取

雙水相體系最早于1896年觀察到。把明膠與瓊脂或明膠與可溶性淀粉的水溶液混合時(shí)，得到渾濁不透明的溶液，隨之分成兩相，下相含大部分瓊脂（或淀粉），上相含大部分明膠。aqueoustwo-phaseextractionATPE

最早，瑞典隆德大學(xué)Albertsson等1956年首次將其用于蛋白質(zhì)的萃取

。

1979年，前聯(lián)邦德國的Kula等率先將雙水相體系應(yīng)用于從細(xì)胞內(nèi)漿液中提取酶和蛋白質(zhì)，大大地改善了胞內(nèi)酶的提取效果。

自20世紀(jì)80年代初期起，雙水相萃取技術(shù)開始應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)以來，高分子雙水相萃取已經(jīng)發(fā)展成為一種適合于大規(guī)模生產(chǎn)的，經(jīng)濟(jì)簡便、快速高效的分離純化技術(shù)。

由于聚合物分子的空間阻礙作用，相互之間無法滲透，不能形成單一的水相，故具有強(qiáng)烈的相分離傾向。

等體積的2.2%葡聚糖與0.72%甲基纖維素的水溶液所形成的雙水相。

高分子雙水相體系通常由兩類不同的高分子溶液（價(jià)格高、粘度大）（如葡聚糖和蔗糖）或一種高分子與無機(jī)鹽溶液（如聚乙二醇和硫酸鹽）組成

與一般的水-有機(jī)溶劑體系相比較，雙水相體系中兩相的性質(zhì)差別(如密度和折射率等)較小。由于折射率的差別甚小，有時(shí)甚至都難于發(fā)現(xiàn)它們的相界面。

兩相間的界面張力也很小，僅為10

6～10

4Ｎ·ｍ

1(一般體系為10

3～10

2Ｎ·ｍ

1)。

界面與試管壁形成的接觸角幾乎是直角。各種類型的雙水相體系

類型形成上相的聚合物形成下相的聚合物非離子型聚合物聚乙二醇葡聚糖/非離子型聚合物聚乙烯醇聚丙二醇聚乙二醇聚乙烯吡咯烷酮高分子電解質(zhì)/羧甲基纖維素鈉聚乙二醇非離子型聚合物高分子電解質(zhì)/葡聚糖硫酸鈉羧甲基纖維素鈉高分子電解質(zhì)聚合物/低分子量葡聚糖丙醇化合物聚合物/無機(jī)鹽聚乙二醇硫酸鉀硫酸銨一、相圖K——臨界點(diǎn)TKR——雙結(jié)點(diǎn)曲線（結(jié)線）

M點(diǎn)時(shí)，兩相T和R重量比等于系線上RM和MT的線段長度之比——杠桿定律TMR——系線phasediagramPolyethyleneglycoldextran1、萃取原理

雙水相萃取與水-有機(jī)相萃取的原理相似，都是依據(jù)物質(zhì)在兩相間的選擇性分配。當(dāng)萃取體系的性質(zhì)不同時(shí)，物質(zhì)進(jìn)入雙水相系后，由于表面性質(zhì)、電荷作用和各種力（如氫鍵和離子鍵等）的存在和環(huán)境因素的影響，使其在上、下相中的濃度不同。二、生物物質(zhì)在雙水相體系中的分配

分配系數(shù)K等于物質(zhì)在兩相的濃度比，由于各種物質(zhì)的K值不同，可利用雙水相萃取體系對物質(zhì)進(jìn)行分離。

2、界面張力的作用在液相1中，固液面積2πRh，界面能2πRhσp1在液相2中，固液面積(4πR2

-2πRh)界面能(4πR2

-2πRh)σp2

粒子占據(jù)液相1和液相2的界面，使其界面積減少πr2，則界面能減少πr2σ12。Gs=

2πRhσp1+

4πR2σp2

-2πRhσp2-πr2σ12

r2=2Rh-h2Gs=

π[2Rh(σp1-σp2-σ12)+

h2σ12

]

+

4πR2σp2interfacialtensiondGs/dh=

π[2R(σp1-σp2-σ12)+2hσ12

]則由界面張力引起的自由焓為如果σp1>σp2，并≥1，則hmin

≤0,粒子浸沒液相2

當(dāng)Gs有最小值時(shí)h應(yīng)為：

dGs/dh=

π[2R(σp1-σp2-σ12)+2hσ12

]如果σp1<σp2，并|

|≥1，則hmin≥2R,粒子浸沒液相1

如果||<

1，則0

<

hmin<2R，粒子在液相1和液相2的界面上。

如果σp1=σp2，則hmin

=R，粒子懸浮在兩相的正中間粒子越大，K越大；界面張力的差別越大，K越大；粒子較大，則λ較小變化會(huì)引起K的顯著變化

λ=-

(σp1-σp2)，A——粒子表面積

各種細(xì)胞的K大于100或小于0.01蛋白質(zhì)（酶）K=0.1~10無機(jī)鹽K=1

3、杜南效應(yīng)相間電位差當(dāng)σp1>σp2時(shí)，由上相轉(zhuǎn)入下相

E=G1s-

G2s=

4πR2(σp1-σp2)

平衡時(shí)三、雙水相萃取的分離1、原則流程聚乙二醇（PEG）-磷酸鉀（或磷酸鈉）

蛋白質(zhì)與鹽分離可用超濾、離心、電泳等方法。2、影響分配的主要因素

影響生物物質(zhì)分配的主要因素與聚合物與目標(biāo)產(chǎn)物與離子與環(huán)境有關(guān)的因素有關(guān)的因素有關(guān)的因素有關(guān)的因素聚合物種類電荷離子種類體系溫度聚合物結(jié)構(gòu)大小離子濃度體系pH值聚合物平均分子量形狀離子電荷聚合物濃度（1）聚合物的組成與濃度藻紅蛋白和血清蛋白在PEG-6000和葡聚糖體系中的分配系數(shù)

（紅線）0.01mol.L-1磷酸鹽緩沖液，pH=6.8（黑線）0.01mol.L-1磷酸鹽緩沖液，pH=6.8和0.1mol.L-1NaCl（2）pH影響

影響很大。因?yàn)閜H變化能顯著改變兩相的電位差，而且pH改變還導(dǎo)致蛋白質(zhì)帶電性質(zhì)的變化。

體系pH與蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)相差愈大，蛋白質(zhì)在兩相中的分配愈不均勻。

但是，體系應(yīng)控制在酶穩(wěn)定的pH范圍內(nèi)。(聚合物體系：7%葡聚糖-500+4.4%PEG-6000)鹽介質(zhì)K

溶菌酶核糖核酸酶胃蛋白酶血清蛋白0.01mol.L-1磷酸鈉,

pH=70.50.66.50.70.01mol.L-1磷酸鈉+0.01mol.L-1氟化鈉,1.30.7520.2pH=7在不同鹽介質(zhì)中蛋白質(zhì)的分配（3）鹽的種類和濃度的影響

在目前所有的蛋白質(zhì)分離純化技術(shù)中，雙水相萃取是最有發(fā)展前景的一類。其最大的優(yōu)勢在于含水量高達(dá)75~98%，為生物活性物質(zhì)提供一個(gè)溫和的活性環(huán)境，因而可在萃取過程中保持生物物質(zhì)的活性及構(gòu)象。

經(jīng)濟(jì)簡便、快速高效的分離純化技術(shù)優(yōu)點(diǎn)（1）易于放大，各種參數(shù)可以按比例放大，而產(chǎn)物收率并不降低。（2）雙水相系統(tǒng)之間的傳質(zhì)和平衡過程速度快，回收效率高?；厥章士蛇_(dá)80％以上，提純倍數(shù)可達(dá)2－20倍；（3）易于進(jìn)行連續(xù)化操作，設(shè)備簡單；（4）雙水相體系的相間張力大大低于有機(jī)溶劑與水相之間的相間張力，相分離條件溫和，因而會(huì)保持絕大部分生物分子的活性，而且可直接用在發(fā)酵液中。（5）影響雙水相體系的因素比較復(fù)雜，從某種意義上說，可以采取多種手段來提高選擇性或提高收率；（6）操作條件溫和，整個(gè)操作過程在常溫常壓下進(jìn)行；（7）不存在有機(jī)溶劑殘留問題，高聚物一般是不揮發(fā)性物質(zhì)，因而操作環(huán)境對人體無害。缺點(diǎn)（1）高分子溶液的高粘度為實(shí)際的工藝操作帶來很大的不便，而萃取過程完成之后，如何將蛋白質(zhì)與高分子分離更是高分子雙水相萃取的一大難題。

因此，開拓新型雙水相體系，以彌補(bǔ)高分子雙水相體系的不足，即成為擺在我們面前的一項(xiàng)重要課題。（2）對于非水溶性蛋白質(zhì)如膜蛋白等的分離，高分子雙水相體系更是顯得無能為力。

開發(fā)廉價(jià)的聚合物是該技術(shù)應(yīng)用急需解決的問題。

研究發(fā)現(xiàn)由這些聚合物形成的雙水相體系的相圖與PEG-Dextran形成的雙水相體系相圖非常相似，其穩(wěn)定性也比PEG-鹽體雙水相體系好，并且具有蛋白質(zhì)溶解度大，粘度小等優(yōu)點(diǎn)。

葡聚糖可被改性淀粉、淀粉衍生物、Pulluan微生物多糖、糊精、麥芽糖糊精、乙基羥乙基纖維素等代替。聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮已作為PEG

的替代品。

特別值得一提的是一種新的體系是只有一種成相聚合物的雙水相體系，上相幾乎100%是水，聚合物絕大部分集中在下相，該體系不僅操作成本低，萃取效果好，還為生物物質(zhì)提供了更溫和的環(huán)境。

用成本只有PEG-Dextran體系的1/8的聚乙二醇PEG/丙基淀粉雙水相體系從黃豆中分離磷酸甘油酸激酶PGK和磷酸甘油醛脫氫酶GAPDH，收率在80%以上。四、雙水相萃取的應(yīng)用

雙水相萃取技術(shù)已廣泛應(yīng)用于生物大分子、細(xì)胞、細(xì)胞器、蛋白質(zhì)、酶、核酸、病毒、細(xì)菌、海藻、葉綠素、線粒體、菌體等的分離與提取,幾乎所有的酶均可用此技術(shù)僅通過調(diào)節(jié)pH、聚合物和鹽的種類或濃度,選擇合適的條件就可進(jìn)行理想的分離純化。目前雙水相萃取技術(shù)已成功應(yīng)用于已較大規(guī)模提取純化的酶有幾十種。

1、生物工程技術(shù)中物質(zhì)的提取與純化

如工業(yè)化分離甲酸脫氫酶處理量達(dá)到50kg濕細(xì)胞規(guī)模，萃取收率在90％以上。

雙水相體系提取酶和蛋白質(zhì)的實(shí)例淶源酶或蛋白質(zhì)菌種/動(dòng)物組織/植物雙水相體系回收率(%)發(fā)酵液天門冬氨酸酶丙酮酸激酶甲酸脫氫酶大腸桿菌釀酒酵母博伊丁假絲酵母PEG/無機(jī)鹽PEG/dextranPEG/粗葡聚糖829578細(xì)胞培養(yǎng)液生長素β-干擾素人體細(xì)胞人體纖維細(xì)胞或重組的老鼠細(xì)胞PEG/磷酸鹽8175植物過氧化酶過氧化酶Ipomoeapalmetta葉褐藻PEG/(NH4)2SO4PEG/K2CO391.5動(dòng)物組織β-半乳糖苷酶超氧化物歧化酶(SOD)牛肝豬腎PEG/磷酸鹽PEG/磷酸鹽79602、中草藥有效成分的提取

中草藥是我國的國寶，己有幾千年的應(yīng)用歷史，但是有關(guān)中草藥有效成分的確定和提取技術(shù)在國內(nèi)發(fā)展一直比較緩慢，這無疑限制了中藥藥理學(xué)的發(fā)展、深化以及中藥現(xiàn)代化。用雙水相萃取技術(shù)提取中草藥有效成分。

以聚乙二醇-磷酸氫二鉀-水雙水相體系萃取甘草有效成分，分配系數(shù)達(dá)12.80，收率高達(dá)98.3％。3、雙水相萃取分析

常規(guī)的檢測生物物質(zhì)的技術(shù)既繁瑣又費(fèi)時(shí)，很難及時(shí)滿足現(xiàn)代生化生產(chǎn)分析的要求，這一技術(shù)己成功地應(yīng)用于免疫分析、生物分子間相互作用力的測定和細(xì)胞數(shù)的測定

如強(qiáng)心藥物異羥基毛地黃毒苷（簡稱黃毒苷）的免疫測定，雙水相體系檢測螺旋霉素的電化學(xué)方法都利用生物物質(zhì)在雙水相體系的分配系數(shù)的不同為基礎(chǔ)進(jìn)行分析。4、稀有金屬／貴金屬分離

在聚乙二醇PEG2000-硫酸鈉-硫氰酸鉀雙水相體系中，實(shí)現(xiàn)了Co（II）、Ni（II）、Mo（VI）等金屬離子的定量分離；

傳統(tǒng)的稀有金屬／貴金屬溶劑萃取方法存在著溶劑污染環(huán)境，對人體有害，運(yùn)行成本高，工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)。

在聚乙二醇2000-硫酸銨雙水相體系中，可以實(shí)現(xiàn)Ti（IV）與Zr（IV）的分離；

在聚乙二醇（PEG）／硫酸鈉雙水相體系中，能從堿性氰化液中萃取分離金。5.4溶劑萃取Solventextraction四氯化碳萃取碘金屬溶劑萃?。?842年用二乙醚萃取硝酸鈾酰；1872年根據(jù)經(jīng)驗(yàn)提出液液分配的定量關(guān)系；1891年能斯特從熱力學(xué)觀點(diǎn)對此進(jìn)行了闡明。分配定律20世紀(jì)40年代，由于原子能工業(yè)的發(fā)展，溶劑萃取取得了巨大的發(fā)展。尤其是從礦石中提取核燃料鈾和釷。分離效果好；生產(chǎn)能力大；便于快速連續(xù)操作；易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。世界上對核燃料的提取主要仍是使用溶劑萃取法。溶劑萃取的優(yōu)點(diǎn)：液-液萃?。何锢磔腿　突ぃo化學(xué)反應(yīng)）。

化學(xué)萃取——涉及化學(xué)反應(yīng)。無機(jī)、有機(jī)、分析化學(xué)等學(xué)科冶金工業(yè)、原子能工業(yè)、石油工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、醫(yī)藥、食品、環(huán)保等方面5.4.1溶劑萃取過程及特征參數(shù)

萃取平衡后分配系數(shù)

K=[M]o/[M]aq一、分配定律

MaqMo

K隨萃取物濃度的變化而變化，只有在低濃度時(shí)，才是常數(shù)。只適用于物理萃取。

Distributionlaw一定溫度、壓力下，一種物質(zhì)再水相和有機(jī)相中分配達(dá)平衡，在兩相中的化學(xué)勢

K

是否常數(shù)？

二、分配比

D不是常數(shù)，隨M初始濃度、水相酸度、萃取劑濃度、雜質(zhì)濃度等而變化。D=1M在兩相中的濃度相等；D

∞

表示幾乎全部被萃??；D=10M絕大部分進(jìn)入有機(jī)相。D

0

表示幾乎無萃取。Partitionratio三、萃取率R=1時(shí)，E=D/（D+1）

D

E0.010.990.19.091.050.01090.95098.010099.0Percentextraction常量組分：E達(dá)99.9%；微量組分：E達(dá)95%或90%當(dāng)R=1

時(shí),E

完全取決于D

D=,E=100%,一次能萃取完全

D=100,E=99%,一次萃取不完全,需萃取二次(痕量分析一次可以)

D=18,E=94.7%,

D=10,E=90%,需連續(xù)萃取多次

D=1,E=50%,萃取完全比較困難

D<1,反萃取E=D/（D+1）四、分離系數(shù)β=DA/DBβ≧104，認(rèn)為A、B可定量分離。一般權(quán)衡β、D主要考慮純度，則β愈高愈好；主要考慮產(chǎn)品收率，則D要高，β可放松一點(diǎn)。五、萃取平衡常數(shù)Separationcoefficient

萃取分離中,在什么情況下,分配系數(shù)K與分配比D相等?A、溶質(zhì)在兩相中的溶解度相同B、溶質(zhì)在兩相中的存在形式相同C、溶質(zhì)在兩相中的Kex相同D、分配系數(shù)K=1B液-液萃取分離的基本原理是利用物質(zhì)在兩相中的A、Kex不同B、溶解度不同C、分配系數(shù)不同D、存在形式不同

C5.4.2溶劑萃取體系類型萃取劑能與被萃取物結(jié)合，并使后者轉(zhuǎn)入有機(jī)相1、最少有一個(gè)萃取功能基2、萃取劑本身或萃合物應(yīng)易溶于有機(jī)相難溶于水相extractant,extractingagent(CH3O)3PO不能作萃取劑；(C4H9O)3PO能作萃取劑必須有相當(dāng)長度的碳?xì)滏溁虮江h(huán)。分子量M＜500，太大，固體，在有機(jī)相溶解度小，萃取容量下降。衡量萃取劑的優(yōu)劣條件，一般從形成配合物與否、親水基團(tuán)的多少、萃取劑碳鏈的長短以及空間結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性、特性基團(tuán)等因素來決定。下列四種萃取劑中對金屬離子萃取效率最好的是（）。A此外應(yīng)滿足：（1）良好的選擇性（2）大的萃取容量（3）密度與水相差大（4）化學(xué)穩(wěn)定性好，不易分解或水解（5）對人無毒（6）萃合物易反萃（7）來源豐富，價(jià)廉根據(jù)萃取機(jī)理和萃合物性質(zhì)來分類：中性配合、陽離子交換、離子締合、協(xié)同萃取體系一、中性配合萃取體系1、特點(diǎn)（1）被萃取的金屬化合物以中性分子存在；（2）萃取劑本身也是中性分子；（3）被萃取化合物與萃取劑組成中性的溶劑合物。如TBP-煤油從HNO3溶液中萃取UO2(NO3)2tributylphosphate(C4H9O)3PO

UO2(NO3)2·2TBP而UO22+、UO2(NO3)+等不被萃取。

extractionofneutralcomplex2、中性配合萃取劑

1、中性含磷萃取劑如TBP：磷酸三丁酯[(RO)3PO類]膦酸酯R(RO)2PO、次膦酸酯R2(RO)PO、膦氧化物R3PO硫醇R-SH、硫醚R1-S-R2、亞砜石油中取得的混合烴制成硫醚，再氧化而得亞砜。2、中性含硫萃取劑酮、酯、醇、醚價(jià)格便宜、揮發(fā)性強(qiáng)、易燃、易爆仲辛醇、甲基異丁基酮(MIBK)、二丁基卡必醇(DBC)3、中性含氧萃取劑

neutralorganophosphoruscompoundextractant3、中性萃取劑的萃取HNO3介質(zhì)金屬形成M(NO3)m、HCl介質(zhì)HaMXm+a硫酸介質(zhì)萃取效果很差。（3）對金屬的萃取(RO)3P=O+H2O(RO)3P=O???HOHUO22++2NO3

-+2TBP===UO2(NO3)2.2TBPaH++aA-+eE(o)(HA)aEe(o)（1）對水的萃?。?）對強(qiáng)酸的萃取4、中性配合萃取劑的結(jié)構(gòu)與萃取性能的關(guān)系烷基的空間效應(yīng)亦有影響烷基碳原子數(shù)相同時(shí)，近P原子的支鏈增加，空間位阻增大，萃取能力下降。(RO)3PO、R(RO)2PO、R2(RO)PO、R3PO(RO)3PO<R(RO)2PO<R2(RO)PO<R3POR(H9C4O)2POR：正丁基叔丁基萃取Ce的分配比0.2910.048

1、特點(diǎn)（1）萃取劑是一種有機(jī)酸HA或HmA，微溶于水，易溶于有機(jī)相，兩相有一個(gè)分配。（2）被萃物金屬陽離子Mn+，與HA生成螯合物或配合物Mn+(aq)+nHA(o)===MAn(o)+nH+(aq)二、陽離子交換萃取體系（1）酸性含磷萃取劑2、陽離子交換萃取劑

一個(gè)或二個(gè)-OH被酯化或被烴基取代（2）螯合萃取劑（3）有機(jī)羧酸和磺酸一元酸：二烷基磷酸二烷基膦酸烷基膦酸單烷基酯二元酸：一烷基磷酸一烷基膦酸β-二酮類、8-羥基喹啉類、肟類RC=NOH等

chelateextractant（3）有機(jī)羧酸和磺酸高度支鏈的脂肪族一元酸大部分適用于堿土金屬離子的萃取。含16、17個(gè)碳的高度支鏈脂肪族一元酸是一種極好的Sr2+的萃取劑，最大萃取系數(shù)是DEHPA的100倍，然而萃取率較高的pH值范圍在5～6（DEHPA的pH范圍在8.5～9.5），其可能反應(yīng)式為：烷基羧酸的一個(gè)突出問題是在水溶液中的溶解度大，在弱酸或弱堿萃取體系中溶解度太大，以致增加成本，造成環(huán)境污染?；撬峄撬岬耐ㄊ綖镽SO3H，它是一種強(qiáng)酸性萃取劑，由于分子中存在-SO3H，使它具有較大的吸濕性和水溶性，為了降低它在水中的溶解度，需要把長鏈的烷基苯或萘取代基引入磺酸分子。這類萃取劑的一個(gè)顯著特點(diǎn)是能夠從pH值小于1的酸性溶液中萃取金屬離子，甚至于從2mol/L的酸溶液中也能有效萃取。但是，這類萃取劑的選擇性差，容易乳化。3、陽離子交換萃取劑的萃?。?）酸性萃取劑對金屬的萃?、?/p>

HA(aq)

HA(o)②

HA(aq)

H+

(aq)+A-(aq)

③

Mn+(aq)+nA-(aq)

MAn(aq)

④

MAn(aq)

MAn(o)Mn+(aq)+nHA(o)===MAn(o)+nH+(aq)④+③+n②-n①得到：

KD越大，螯合物進(jìn)入有機(jī)相越多，Kex值大；

n越大，越易進(jìn)入有機(jī)相，Kex值大；Kd越小表示在水相濃度大，有利于螯合物形成Kex大；

Ka越大，表示酸解離度大，[A-]值大有利于螯合物形成，Kex大一般陽離子交換萃取劑在有機(jī)相中可以通過氫鍵發(fā)生二聚如一元酸UO22+

+2(HA)2(o)===UO2

(HA2)2(o)+2H+（2）螯合萃取劑對金屬的萃取丁二酮肟：萃取Ni2+雙硫腙：萃取Hg2+、Pb2+、Cd2+、Co2+、Cu2+、Zn2+、Sn2+等重金屬離子8-羥基喹啉：萃取Pd2+、Fe3+、Al3+、Co2+、Zn2+、Tl3+、Ga3+、In3+等金屬離子乙酰丙酮：Al3+、Cr3+、Co2+、Th4+、Be2+、Sc3+等金屬離子銅鐵試劑：萃取Cu2+、Fe3+用丁二酮肟作萃取劑，CHCl3為溶劑，萃取Ni2+時(shí)，Ni2+能從水相進(jìn)入有機(jī)相的原因是()。多選A、Ni2+離子的電荷被中和B、溶液的酸度發(fā)生了變化C、引入了疏水基團(tuán)D、水合離子的水分子被置換ACD指出下列俗名所代表的試劑(填A(yù),B,C,D)。(1)雙硫腙______(2)鄰二氮菲______(3)銅鐵試劑______(4)丁二酮肟______D

CBA

（1）被萃物為金屬配陰離子；（2）萃取劑為含O或N的中性萃取劑，在水溶液中與H+形成陽離子；（3）萃取劑陽離子與金屬配陰離子締合生成萃合物進(jìn)入有機(jī)相，被萃取元素不直接與萃取劑配位。

1、特點(diǎn)三、離子締合萃取體系Ion-associationextractionsystem2、離子締合萃取劑（1）胺類萃取劑

NH3分子上H被有機(jī)基團(tuán)取代后的衍生物。伯胺RNH2、仲胺RNR’H、叔胺RNR’R”、季銨鹽（2）酰胺類萃取劑（3）大環(huán)多元醚大環(huán)聚醚，尤其是冠醚的萃取行為受到人們的很大重視。環(huán)的空穴大小與金屬離子半徑和配位取向相匹配，就可以被萃取。一般為含碳6個(gè)以上的伯、仲、叔胺或含-NH2的堿性染料。

NH3CH3CH2NH2(CH3CH2)2NH(CH3CH2)3NC6H5NH2pKb4.673.363.063.259.40（2）酰胺類萃取劑與煤油相混合的萃取劑，一次脫酚率達(dá)95％左右，可采用混合澄清槽或萃取塔進(jìn)行間歇式或連續(xù)式操作，操作費(fèi)用不高。其缺點(diǎn)是少量萃取劑可能溶入廢水，造成二次污染。用于染料化工廠、焦化廠、農(nóng)藥廠、制藥廠等含酚廢水的萃取處理。N503二(1-甲基庚基)乙酰胺N235(R：C8~C10)

（3）冠醚萃取

冠醚結(jié)構(gòu)：冠醚是一類大雜環(huán)化合物，Y代表雜原子，可以是O、S、N、P等，分別稱為氧、硫、氮、磷冠醚。dicyclohexyl二環(huán)己基應(yīng)用舉例

DCH-18-C-6可用于從大量Ca2＋中萃取Sr2＋，Sr2＋的回收率達(dá)97%，而其中的Ca2＋僅存(10-4-10-5)。此法已用于牛奶中90Sr和89Sr的分析。

（1）胺類萃取劑對酸的萃取3、離子締合萃取劑的萃取

胺類萃取劑具有堿性，與酸中和反應(yīng)，生成鹽進(jìn)入有機(jī)相。

從而進(jìn)行無機(jī)酸的分離與富集。用純水就可把酸從有機(jī)相中反萃出來。（2）胺類萃取劑對金屬的萃取R3N(o)+nH++A-===R3NH+X-

(o)2R3N(o)+2H++UO2(SO4)22-===(R3NH2)2

UO2(SO4)2

(o)鈾以配陰離子形式被萃取，故具有較高的選擇性。萃取能力：伯胺>仲胺>叔胺（長碳鏈）堿性強(qiáng)度、空間效應(yīng)、氫鍵效應(yīng)及溶解度對萃取性能有直接影響。

胺類萃取劑分子間的締合

胺類萃取劑分子具有N-H鍵，分子間通過形成N-H

N鍵而締合。例如，伯胺的締合

締合作用使胺對金屬的萃取能力下降，且常伴有第三相的生成。

HHH|||N-H

N-H

N-H|||RRR

烴基具有支鏈的仲胺，特別是支鏈靠近氮原子時(shí)，由于支鏈防礙形成氫鍵，締合度下降。叔胺分子間不發(fā)生締合。

D協(xié)>D加和=D1+D2D協(xié)=D加和無協(xié)同效應(yīng)

D協(xié)<D加和反協(xié)同效應(yīng)

P204與中性含磷萃取劑從硫酸介質(zhì)中萃取UO22+

TBPBDBPTOPO

磷酸三丁酯二丁基瞵酸丁酯三辛基氧瞵

DB2×10-42×10-36×10-2DHA135135135D協(xié)47035003500

R3.525.925.9四、協(xié)同萃取體系Synergisticextractionsystem萃取機(jī)理如果金屬的配位數(shù)沒飽和，因此剩下的配位部分為水分子所占據(jù)，形成MAn

.

xH2O。當(dāng)加入中性萃取劑S后，S取代H2O分子，使得萃合物MAn

.

xS在有機(jī)相中的溶解度增大。（1）取代機(jī)理（2）溶劑化機(jī)理生成一種更為穩(wěn)定的含兩種以上配位體的萃合物。生成配合物疏水性更強(qiáng)，更易溶于有機(jī)溶劑。Mn++nHA(o)===MAn(o)+nH+Mn++nHA(o)+xS(o)===M