溶剂萃取法
介电常数是一个化合物摩尔极化程度的量度,如
果已知这个值,就可预知此化合物是否极性。
介电常数D的求法
若已知一个物质的介电常数D,即可用此物质在一个电 容器中两极板之间所得的静电容量C来量度:
可以测定被提取物
(产物)的介电常数,
来寻找相当的溶剂。
三、水相条件的影响
影响萃取操作的因素很多,主要有pH、温度、盐析、 带溶剂等。
醇中,因此这种带溶剂有时也称为液体离子交换剂。
柠檬酸在酸性条件下,可与磷氧键类萃取剂如磷
酸三丁酯(TBP)形成中性络合物而进入有机相,有时也
称为反应萃取。
四、乳化和去乳化
乳化是一种液体分散在另一种不相混合的液体中的现 象。
乳化会使有机相和水相分层困难,出现两种夹带即: 1、发酵液废液中夹带有机溶剂微滴,发酵单位损失; 和组成无关, 但和温度、压力有关。所以有:
当温度一定时,标准化学位为常数,故得
如为稀溶液,可以浓度代替活度
应用式(18—1)时,须注意下列条件: 1)、必须是稀溶液。 2)、溶质对溶剂之互溶度没有影响: 3)、必须是同一种分子类型,即不发生缔合或离解。
例如:青霉素。
分离因素(ß )
溶质A、B由于分配系数不同,在萃取相中的相对含量就 不同。如A的分配系数较B大,则萃取相中A的含量(浓度)较B 多,这样A和B就得到一定程度的分离。 萃取剂对A和B分离能力可用分离因素(ß )来表征:
其中:F 自由度, c 组分数,P 相数。 若系统中除两种溶剂外,只含有一种溶质,则 c=3。因为P=2,代入相律,得F=3。 当温度、压力一定时,F=1,即一个变数就 能决定整个系统。亦即:一相的浓度如果固定,另 一相的浓度亦应固定,其关系可用分配定律表示。
(一)分配定律的导出:
在一定的温度和压力下达成平衡时,溶质在两相中的 化学位相等,即:
二、溶剂的选择
对萃取溶剂的要求:
1、对产物的溶解度大。
2、选择性好。 3、溶剂与被萃取的液相互溶度要小,粘度低,界面张 力适中,使相的分散和两相分离有利。 4、溶剂的回收和再生容易,化学稳定性。
5、溶剂价廉易得。
6、溶剂的安全性好,如闪点高、低毒等。 常用的溶剂有乙酸乙酯、乙酸丁酯和丁醇等。
可根据类似物容易溶解类似物的原则来选择溶剂 (极性上的类似)。
根据被萃取物的分子大小,萃取有两种主要类型: (1)、小分子类 抗生素、有机酸等,能用传统液—液萃取法 萃取到有机相中. (2)、大分子类 有酶、抗体、蛋白质等,传统的液体萃取 技术不适用,要采用双水相萃取。
溶剂萃取与其他技术相结合,产生的新型分离技术:
逆胶束萃取 (Reversed Micelle Extraction)
(二)、 温度
生化产物在温度较高时不稳定,萃取应在室温或较低 温度下进行。但如低温对萃取速度影响较大,为提高萃取速 度可适当升高温度。 此外,温度也会影响分 配系数。 例如: 温度对红霉素分 配系数的影响。
(三)、 盐析
加入盐析剂(硫酸铵等)可使产物在水中溶解度降低, 而易于转入溶剂中去。另一方面也能减少有机溶剂在水中 的溶解度。
18 溶剂萃取法
又称液—液萃取;是一种常用化工单元操作。
应用广泛:石油化工、湿法冶金、精细化工、生化物
质的分离和纯化。
优点: ①、具有选择性; ②、能与其他纯化步骤(例如:结晶、蒸馏)相配合 ③、将产品及时转移到具有不同理化特性的第二相中, 可减少由于水解引起的产品损失;
④、可从潜伏的降解过程中(代谢或微生物过程)分离产 物;
举例:提取维生素B12时加入硫酸铵,对B12自水相 转移到有机溶剂中有利。提取青霉素时加入NaCl,对青霉 素从水相转移到有机溶剂中有利。
盐析剂的用量要适当,用量过多会使杂质也一起转入 溶剂中。当盐析剂用量大时,也应考虑回收和再利用问题。
(四)、 带溶剂
带溶剂:能和欲提取的生物物质形成复合物,而易溶于
举例:青霉素
青霉素作为一种酸,可用酯肪碱作为带溶剂。如能和
正十二烷胺、四丁胺等形成复合物而溶于氯仿中。这样萃 取收率能够提高,且可以在较有利的PH范围内操作,适用 于青霉素的定量测定中。 这种正负离子结合成对的萃取,也称为离子对萃取。
举例:
土霉素在碱性下成负离子能与溴代十六烷基吡啶 相结合而溶于异辛醇中,然后再在酸性下萃取到水相。 也可以看作土霉素负离子与溴离子相交换而溶于异辛
(一)、 pH值
1、PH影响分配系数。如对弱碱性抗生素红霉素,当pH 9.8
时,它在乙酸戊酯与水相间的K为44.7,而在PH 5.5时,K 为14.4。 2、pH对选择性有影响。如酸性产物一般在酸性下萃取到有 机溶剂,而碱性杂质则成盐而留在水相。如为酸性杂质则应 根据其酸性之强弱,选择合适的PH,以尽可能除去之。对 于碱性产物则相反,在碱性下萃取到有机溶剂中。 3、PH还应选择在尽量使产物稳定的范围内。
溶剂中,且此复合物在一定条件下又要容易分解。
应用场合:
1、有的产物的水溶性很强,在通常有机溶剂中溶解度
都很小,则如要采用溶剂萃取法来提取,可借助于带溶剂。 2、即使水溶性不强的产物,有时为提高其收率和选择 性,也可考虑采用带溶剂。
举例:链霉素
水溶性较强的碱(如链霉素)可与脂肪酸(如月桂酸)形
成复合物而能溶于丁醇、醋酸丁酯、异辛醇中,在酸性下 (pH 5.5—5.7),此复合物分解成链霉素而可转入水相。 链霉素在中性下能与二异辛基磷酸酯相结合,而从水 相萃取到三氯乙烷中,然后在酸性下,再萃取到水相。
⑤、适用于各种不同的规模; ⑥、传质速度快,生产周期短,便于连续操作.容易实 现计算机控制。
液—液萃取的操作步骤: ①、萃取剂和料液混合接触,进行萃取;
②、分离互不相溶的两相,并回收溶剂;
③、萃余液(残液)脱溶剂。
溶剂萃取在生物产品分离中的典型应用:
(1)、从发酵培养液中萃取产物
(2)、从生物反应液或生物转化液中萃取产物 。
超临界萃取 (Supercritical fluid Extraction)
液膜萃取 (Liquid membrane Extraction) 用于生物制品如酶、蛋白质、核酸、多肽和氨基酸 等的提取精制。 本章重点介绍有机溶剂萃取法的理论与实践。
一、分配定律
萃取平衡时,根据相律,有:
F=c-P十2