现代提取分离技术

现代提取分离技术第一篇提取技术第二篇分离方法第一篇提取技术提取原理：“极性相似相溶”第一章经典提取技术溶剂提取法水蒸气蒸馏技术分子蒸馏技术缺点：溶剂用量大，萃取效率低，浓缩工作量大，如用水萃取还需防止发霉变质。适用范围：富含淀粉、树胶、粘液质和果胶等成分的材料以及不宜采用热提取法的物料。溶剂提取法①冷浸法：——最方便的方法在天然产物研究中常称为提取。萃取之前，固体材料一般均需要粉碎至20目左右。用新鲜溶剂室温反复浸泡3次，每次溶剂用量为材料的5倍左右，每次12—24h或数天。②渗漉法：优点：在各部分始终维持了一个被萃物料与萃取液之间被萃物的浓度差。效果比①好。常用的仪器：渗滤筒；分液漏斗；粗色谱柱等。操作步骤：粉碎→润湿→拌匀→静置（30min）→装料→压实→添加溶剂→静置（6h）→渗漉注意事项：流速：随物料的多少而定，如100g料，可控制1mL·min-1。终点判定：颜色或体积(10倍)图1渗漉装置返回①加热回流萃取法：适宜于实验室和工业生产，一般需要加上搅拌。工业上多用蒸气加热，实验室多用水浴加热。但不适宜于热敏性物质的提取。水蒸气蒸馏技术图2加热回流萃取装置②连续加热萃取法：实验室多用索氏提取器（也称索氏提取法）索氏提取器是利用溶剂回流后流过固体样品的滤纸套，样品不断地被新冷凝下来的纯溶剂萃取。溶剂：回流——冷凝——萃取——虹吸入烧瓶——蒸发——回流……周而复始，被萃取的物质浓集在烧瓶内。优点：提取效率高（省溶剂）（a）较轻溶剂萃取较（b）较重溶剂萃取较轻（c）兼具（a）和（b）（d）脂肪提取器重溶液中物质溶液中的物质图3连续加热萃取装置返回分子蒸馏技术分子蒸馏是一种在高真空下操作的蒸馏方法，这时蒸气分子的平均自由程大于蒸发表面与冷凝表面之间的距离，从而可利用料液中各组分蒸发速率的差异，对液体混合物进行分离。图4分子蒸馏装置返回第二章现代提取技术固相萃取超临界流体萃取固相微萃取微波溶样和微波辅助萃取酶法提取技术固相萃取（SPE）：利用被萃取物质在液－固两相间的分配作用的差异，实现与样品基体及干扰组分分离或富集的方法。1.SPE的发展：20世纪70年代后期发展起来分离技术；固相萃取吸附剂的种类增多；各种固相萃取商品柱问世；固相萃取装置和仪器出现和应用；应用范围以10%的年增长率扩大。2.工作原理：图5吉尔森全自动固相萃取仪的工作原理示意图3.固相萃取操作返回超临界流体萃取（SupercrticalFluidExtraction）以超临界流体作流动相，直接从固体（粉末）或液体样品中将目标物质（有机物）萃取出来的一种分离方法。1879年J.B.Hannay等发现用超临界的乙醇可溶解金属卤化物，且压力越高溶解能力越强。20世纪50年代，美国将SFE用于工业分离。1963年，德国首次申请SFE分离技术的专利。20世纪80－90年代成为热门学科。1.超临界流体（SCF）：　当物质处于临界温度和临界压力以上时，即使继续加压也不液化，只是密度增加，具有类似液体性质和气体性能的物质状态，称为超临界流体。图6超临界状态示意图图7超临界流体萃取装置美国ISCO公司SFX3560全自动超临界萃取仪2.优点：日处理样品量很大；有24个样品池和24个收集瓶；可以全天进行无人照看的连续萃取；可避免交叉污染3.超临界流体萃取的应用医药工业化学工业食品工业化妆品香料中草药提取酶，纤维素精制金属离子萃取烃类分离共沸物分离高分子化合物分离植物油脂萃取酒花萃取植物色素提取天然香料萃取化妆品原料提取精制4.应用实例实例1：从咖啡豆中除去咖啡因大量饮食咖啡因对人体有害。以往工业上除咖啡豆中咖啡因采用二氯乙烷萃取。缺点有二：其一，残留二氯乙烷影响咖啡品质；其二，二氯乙烷同时将部分有用香味物质（芳香化合物）带走。SFE除咖啡因：浸泡过的咖啡豆直接置于萃取容器中，连续（循环）用超临界CO2萃取（70－90C；16－20MPa）10小时，气体中的咖啡因用水吸收除去，蒸馏可回收咖啡因。经SFE处理后的咖啡豆中咖啡因含量从0.7~3%降低到0.02%。实例2：从生物体中提取有机锡有机锡的用途：船体涂料、渔网防污剂、杀虫剂、塑料添加剂、杀菌剂。有机锡的污染：海洋生物（鱼）、环境等。溶剂萃取的问题：繁琐费时。SFE：从大量脂肪基体中分离有机锡用于分析。CO2，T＝500C，P＝100kg/cm2，萃取30min，萃取率94％。返回固相微萃取（SolidPhaseMicroextraction，SPME）SPME是1989年由加拿大的Pawliszyn等首次研究提出；1993年美国Supelco公司推出了商品化的SPME装置，此举在分析化学领域引起了极大的反响；1994年权威杂志《Research&Development》将其评为最优秀的100项新产品之一；从1990年到2000年十年间，已经有400多篇有关SPME的文献发表，内容涉及到环境、食品、天然产物、制药、生物、毒理和法医学等多个方面；美国EPA已采取该技术作为测定水中挥发性化合物（EPAmethod524.2）和半挥发性化合物（EPAmethod625）的标准方法。图8固相微萃取装置（1）SPME装置（GC）示意图1－推杆；2－手柄筒；3－支撑推杆旋钮；4－Z型支点；5－透视窗；6－针头长度定位器；7－弹簧；8－密封隔膜；9－隔膜穿透针；10－纤维固定管；11－涂层图9固相微萃取装置（2）1－固定螺丝；2－狭槽；3－不锈钢螺旋套管；4－密封隔膜；5－针管；6－推杆；7－手柄筒；8－钢针；9－螺帽；10－针套管；11－涂层SPME装置（HPLC）示意图返回微波溶样和微波辅助萃取微波萃取是指在微波能的作用下，用有机溶剂将样品基体中的待测组分溶出的过程。特点：设备简单、高效、快速、试剂用量少，同时处理多个样品。图10在线微波萃取系统返回酶法提取技术原理：根据植物细胞壁的构成，利用酶反应高度专一性的特点。选择相应的酶，将细胞壁的组成成分水解或降解。使壁内有效成分充分暴露出来。溶解、混悬或胶溶于溶剂中．从而达到提取分离细胞内有效成分的目的返回第二篇分离方法第三章一般分离方法萃取法沉淀分离法结晶与重结晶膜分离萃取法溶剂萃取分离法包括液相-液相、固相-液相和气相-液相等，应用最广泛的为液-液萃取分离法(亦称溶剂萃取分离法)1.逆流连续萃取法通过两相连续逆流接触,达到高效分离的目的图12连续逆流萃取简图2.逆流分配法用连续操作过程实现多次萃取的分离技术。两相之间进行多次接触，当两相在设备中转移时，其中一相固定，而另一相流动，可用倾范型逆流分溶仪等仪器实现分离过程。样品图13逆流分配法简图3.双水相萃取某些亲水性高分子聚合物的水溶液超过一定浓度后可以形成两相，并且在两相中水分均占很大比例，即形成双水相系统（aqueoustwo-phasesystem,ATPS）。图14双水相萃取简图返回沉淀分离法根据溶解度的不同，控制溶液条件使溶液中的化合物或离子分离的方法统称为沉淀分离法。图15右图为工厂沉淀分离返回结晶与重结晶返回膜分离利用隔膜使溶剂(通常是水)同溶质或微粒分离的技术，包括电渗析、扩散渗析、反渗透和超过滤法等。膜分离技术广泛地用于海水和苦咸水淡化，废水深度处理，废液和废水中有用物质的浓缩回收，并用于制取高纯水等方面。这一技术近30多年来发展非常迅速。图16膜分离技术简图图17膜分离设备返回第四章柱色谱吸附柱色谱分配柱色谱离子交换柱色谱凝胶柱色谱大孔树脂柱色谱亲和柱色谱改进型柱色谱吸附柱色谱利用固定相吸附中对物质分子吸附能力的差异实现对混合物的分离，吸附色谱的色谱过程是流动相分子与物质分子竞争固定相吸附中心的过程。图18吸附柱色谱原理图图19吸附柱色谱制备负载型纳米催化剂示意图返回又称液-液柱色谱法，其固定相和流动相均为液体，液态固定相又称固定液，被涂渍在惰性材料载体上构成固定相。分配柱色谱法的优点是：稳定性高，重现性好，适用样品的类型广等。分为正相色谱法和反相色谱法。其中正相色谱法流动相的极性小于固定相的极性，反相色谱法中流动相的极性大于固定相的极性。分配柱色谱返回离子交换柱色谱离子交换色谱法是利用离子交换原理和液相色谱技术的结合来测定溶液中阳离子和阴离子的一种分离分析方法。凡在溶液中能够电离的物质通常都可以用离子交换色谱法进行分离。现在它不仅适用于无机离子混合物的分离，亦可用于有机物的分离，例如氨基酸、核酸、蛋白质等生物大分子，因此应用范围较广。图20离子交换柱色谱工作示意图返回凝胶柱色谱图21凝胶柱色谱分离样品示意图返回以大孔吸附树脂为固定相，使分离物提取液通过装有大孔树脂的柱子，其中的有效成分选择性地吸附在树脂上，而杂质成分不被吸附，在经过适当的溶剂洗脱，收集含有效成分的流出液，合并浓缩，回收溶剂，便可以除掉分离物提取液中的杂质成分，达到有效成分分离与纯化的目的。大孔树脂柱色谱图22大孔树脂图23大孔树脂柱色谱仪器图大孔树脂柱色谱结构图返回亲和柱色谱也称为亲和层析，是一种利用固定相的结合特性来分离分子的色谱方法。亲和色谱在凝胶过滤色谱柱上连接与待分离的物质有一定结合能力的分子，并且它们的结合是可逆的，在改变流动相条件时二者还能相互分离。亲和色谱可以用来从混合物中纯化或浓缩某一分子，也可以用来去处或减少混合物中某一分子的含量。图24亲和柱色谱分离简图返回改进型柱色谱处于试验要求，试验者们不断对传统型色谱柱进行改进，形式很多，但共同特点都是向快速、高效的方向发展。目前主要有：减压柱色谱、加压柱色谱、闪式柱色谱、切断柱色谱。返回第五章其他色谱薄层色谱纸色谱气相色谱高效液相色谱薄层色谱系将适宜的固定相涂布于玻璃板、塑料或铝基片上，成一均匀薄层。待点样、展开后，根据比移值（Rf）与适宜的对照物按同法所得的色谱图的比移值（Rf）作对比，用以进行药品的鉴别、杂质检查或含量测定的方法。薄层色谱法是快速分离和定性分析少量物质的一种很重要的实验技术，也用于跟踪反应进程。图25薄层色谱分离示意图图26薄层色谱分离原理图返回纸色谱纸色谱是一种以滤纸为支持物的色谱方法，主要用于多官能团或高极性的亲水化合物如醇类、羟基酸、氨基酸、糖类和黄酮类等化合物的分离检验。图27纸色谱分离原理图图28纸色谱分离示意图返回气象色谱gaschromatography简称GC气体作为流动相的色谱法，利用物质的沸点、极性及吸附性质的差异来实现混合物的分离。图29气象色谱结构图图30气相色谱装置图返回又称“高压液相色谱”、“高速液相色谱”、“高分离度液相色谱”、“近代柱色谱”等。以液体为流动相，采用高压输液系统，将具有不同极性的单一溶剂或不同比例的混合溶剂、缓冲液等流动相泵入装有固定相的色谱柱，在柱内各成分被分离后，进入检测器进行检测，从而实现对试样的分析。该方法已成为化学、医学、工业、农学、商检和法检等学科领域中重要的分离分析技术。高效液相色谱图31高效液相色谱系统原理图图32高效液相色谱装置图返回