生化分离工程2萃取分离1

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1、2.萃取分离基本概念2.1有机溶剂萃取2.2双水相萃取2.3反胶团萃取2.4超临界流体萃取2005-3-211基本概念萃取extraction是利用液体或超临界流体为溶剂提取原料中目标产物的分离纯化操作。萃取剂extractant萃取分离中的流体。有机溶剂萃取organicsolventextraction，简称溶剂萃取solventextraction液固萃取或浸取leaching超临界流体萃取supercriticalfluidextraction双水相萃取aqueoustwo-phaseextraction反胶团萃取reversedmicelleextraction液膜萃取2005

2、-3-212基本概念反萃取backextraction为进一步纯化目标产物，在溶剂萃取分离过程中，调节水相条件，将目标产物从有机相转入水相的萃取操作。物理萃取溶质根据相似相溶的原理在两相间达到分配平衡而进行萃取的分离过程。化学萃取利用脂溶性萃取剂与溶质之间发生化学反应生成脂溶性复合分子实现溶质向有机相分配的过程。萃取剂与溶质之间的化学反应包括离子交换和络合反应等。化学萃取中通常用煤油、己烷、四氯化碳和苯等有机溶剂溶解萃取剂，改善萃取相的物理性质，此时的有机溶剂称为稀释剂diluent。2005-3-2132.1溶剂萃取分配定律在溶剂萃取过程中，将供提取的溶液称为料液；从料液中待提取的物质

3、称为溶质；用来萃取目的产物的溶剂称为萃取剂；溶质转移到萃取剂中与萃取剂形成的溶液称为萃取液；被萃取出溶质后的料液称萃余液。平衡时溶质在两相中的浓度之比为一常数K，即：K＝萃取相浓度/萃余相浓度＝c1／c2(2-1)常温下K为常数，c的单位通常用mol/L或U/ml。式(2-1)应用条件：(1)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。2005-3-214弱酸或弱碱性溶质还要考虑弱电解质在水相中的电离平衡。如penicillin是一类弱酸，在水中会有一部分离解成负离子(P·COO－)，在萃取相乙酸丁酯等有机相中则仅以游离酸分子(P·COOH)

4、的形态存在。两相中的游离酸分子的分配平衡用分配系数K0表征电离平衡用电离常数KP来表征。图2-1青霉素的分配平衡与电离平衡2005-3-215K0和KP是客观存在的，但一般测定得到的是[P·COOH＋P·COO－]的总浓度c2，在这种情况下，c1／c2＝K这里的K称之为表观分配系数。而K和K0、KP的关系式可经理论推导如下：K＝K0[H＋]／(Kp＋[H＋])(弱酸)(2-2)K＝K0Kp／(Kp＋[H＋])(弱碱)(2-3)由此可见，溶质在不互溶两相中的分配不仅与本身的性质(决定KP)、萃取溶剂(决定K0)有关，也与水相的pH有关。2005-3-216分离因数若原来的料液中除溶质A以外

5、，还含有溶质B，则由于A、B的分配系数不同，A和B就得到了一定程度的分离。如A的分配系数较B大，这样萃取剂对溶质A和B分离能力的大小可用分离因数β来表征：β＝(c1A/c1B)／(c2A/c2B)＝(c1A/c2A)／(c1B/c2B)＝KA／KB(2-4)下标1、2分别代表萃取相和萃余相，A、B为溶质如果A是产物，B为杂质，分离因数可写为：β＝K产／K杂β越大，A、B的分离效果越好，即产物与杂质越容易分离。2005-3-217水相条件的影响由于产物所在的水相中往往还存在与产物性质相近的杂质、未完全利用的底物、无机盐、其他营养成分等。必须考虑这些物质对萃取过程的影响。(1)pH值根据式(

6、2-2)、(2-3)可见，pH值直接影响表观分配系数。pH除影响K外，还可能对选择性有影响。如青霉素在pH2萃取时，乙酸丁酯萃取液中青霉烯酸可达青霉素含量的12.5％，而在pH3的条件下萃取，则可降低至4％。另外，pH值还应尽量选择在使产物稳定的范围内。2005-3-218(2)温度温度会影响生化物质的稳定性。影响分配系数K。(3)盐析无机盐类如硫酸铵、氯化钠等一般可降低产物在水中的溶解度而使其更易于转入有机溶剂相中，另一方面还能减小有机溶剂在水相中的溶解度。如提取维生素B12时，加入硫铵，可促使维生素B12自水相转移到有机相中；提取青霉素时加入NaCl，也有利于青霉素从水相转移到有机溶

7、剂相中。2005-3-219(4)带溶剂为提高分配系数K，常添加带溶剂。带溶剂是指能和产物形成复合物，促使产物更易溶于有机溶剂相中，在一定条件下又要容易分解的物质。青霉素作为一种酸，可用脂肪碱作为带溶剂。青霉素能和正十二烷胺、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。这种正负离子结合成对的萃取，也称为离子对萃取。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