固液萃取技术课件

第一节基本概念和分配定律

一、基本概念萃取、反萃取、物理萃取、化学萃取二、分配平衡、分配定律

12/31/20221第一节基本概念和分配定律一、基本概念12/28/20一、基本概念

1.萃取（Extraction）

萃取是依据目标物在互不相溶的两相中分配不等的原理，利用液体或超临界流体为溶剂，使混合物中目标物完全或部分分离纯化的操作。萃取是传质的过程。12/31/20222一、基本概念

1.萃取（Extraction）萃12/31/2022312/28/202232.反萃取（Backextraction）

当完成萃取操作后，向萃取相中加入另一种萃取剂（如不同pH的水相），将目标产物从萃取相转入到第二种萃取剂中的萃取操作称为反萃取，第二种萃取剂称为反萃取剂。反萃取操作是为了进一步纯化目标产物或便于下一步分离操作。12/31/202242.反萃取（Backextraction）当完成萃取操作对于一个完整的萃取过程，常常在萃取和反萃操作之间交替进行，并增加洗涤操作，洗涤操作的目的是除去与目标产物同时萃取到有机相的杂质，提高反萃液中目标产物的纯度。从雪花莲中提取加兰他敏，其中还有石蒜碱、伪石蒜碱、多花水仙碱等生物碱12/31/20225对于一个完整的萃取过程，常常在萃取和反萃操作之间交替进行，并12/31/2022612/28/2022612/31/2022712/28/202273．物理萃取(Physicalextraction)物理萃取即溶质根据相似相溶的原理在两相间达到分配平衡的萃取，萃取剂与溶质之间不发生化学反应。物理萃取广泛应用于抗生素及天然植物中有效成分的提取过程

12/31/202283．物理萃取(Physicalextraction)物理萃4．化学萃取(Chmicalextraction)化学萃取则利用萃取剂与溶质之间的化学反应生成复合分子，向萃取相分配而实现溶质转移。化学萃取主要用于氨基酸、抗生素和有机酸、生物碱等生物产物的分离.外消旋体的拆分，有时为化学萃取法。12/31/202294．化学萃取(Chmicalextraction)化学萃取二、分配定律与分配平衡

1溶质的分配定律（Nernst）：在恒温恒压条件下，溶质在互不相溶的两相中达到分配平衡时，如果其在两相中的相对分子质量相等（以同一中分子形式存在），则其在两相中的平衡浓度之比为常数。12/31/202210二、分配定律与分配平衡12/28/202210

即

K称为分配系数C1—平衡时萃取相中溶质的浓度mol/cm3C2—平衡时料液相溶质浓度mol/cm31212/31/202211

即

1212/28/202211由热力学理论可知，应用上式的条件是：1.必须是稀溶液2.溶质对溶剂的互溶没有影响；3.必须是同一种分子类型，即不发生缔合或解离。分配定律是萃取操作、色谱学的理论基础和依据。12/31/20221212/28/202212分配定律热力学理论解释当溶质在互不相溶的两相中达到平衡时，根据热力学理论，在恒温恒压下，溶质在两相中的化学位（μ）相等，即μ1=μ2

12/31/202213分配定律热力学理论解释当溶质在互不相溶的两相中达到平衡时，根在多数情况下，体系复杂，溶质常常有解离、缔合、络合等反应，浓度比较大，此时体系不完全服从分配定律。在两相中各种形式的溶质的比为分配比（D-表观分配系数）。D随浓度、温度及其它溶质的不同而变。12/31/202214在多数情况下，体系复杂，溶质常常有解离、缔合、络合等反应，浓三、萃取率萃取率：表示一种溶剂对某种溶质的萃取能力12/31/202215三、萃取率萃取率：表示一种溶剂对某种溶质的萃取能力12/2萃余率：一种溶剂对某种溶质的萃取能力的另一种表示方式。用萃余相中溶质总量与原始料液中溶质总量之比表示。12/31/202216萃余率：一种溶剂对某种溶质的萃取能力的另一种表示方式。12/四、分离因素也称选择性系数在同一萃取体系内，两种溶质在同样条件下分配系数之比，β≠1是实现萃取的必要条件。12/31/202217四、分离因素也称选择性系数12/28/202217五、萃取的分类根据萃取操作的两相相态不同分为：固液-萃取液液-萃取根据萃取剂的性质分为：溶剂萃取超临界流体萃取双水相萃取12/31/202218五、萃取的分类根据萃取操作的两相相态不同分为：12/28/212/31/20221912/28/202219第二节固液萃取液固萃取通称为浸取或浸出（Leaching），是用某种溶剂把目标物质从固体原料中抽提到溶液中的过程。12/31/202220第二节固液萃取液固萃取通称为浸取或浸出（Leaching一、浸取原理一般认为浸取经历三阶段：浸润阶段溶解阶段扩散阶段12/31/202221一、浸取原理一般认为浸取经历三阶段：12/28/20222112/31/20222212/28/202222浸取的三阶段（1）浸润阶段:药材与溶剂混合时，溶剂首先附着于药材表面使之润湿，然后通过毛细管和细胞间隙进细胞组织内部。（2）溶解阶段：溶剂进入细胞后，可溶性成分逐渐溶解，溶质转入到溶剂中。12/31/202223浸取的三阶段（1）浸润阶段:药材与溶剂混合时，溶剂首先附着于3）扩散阶段：进入细胞组织内的溶剂逐渐形成浓溶液，高于细胞外浓度，产生了浓度差，溶质不断地向外扩散，直到内外浓度相等达平衡为止浸取的速率取决于该阶段。如将药材粉碎至一定粒度，将加速扩散速率。浸取得推动力是浓度差12/31/2022243）扩散阶段：进入细胞组织内的溶剂逐渐形成浓溶液，高于细胞外二、浸出方法传统的五种形式：l．煎煮法2．浸渍法3．渗漉法4．回流法5．索氏法新型三种形式：1．超临界流体萃取法2．超声提取技术3．微波萃取技术12/31/202225二、浸出方法传统的五种形式：l．煎煮法2．浸渍法3浸取工艺单级浸取工艺：包括单级回流、单级循环多级浸出工艺：逆流浸出工艺12/31/202226浸取工艺单级浸取工艺：包括单级回流、单级循环12/28/2012/31/20222712/28/20222712/31/20222812/28/202228浸取设备间歇式设备连续式设备—移动床12/31/202229浸取设备间歇式设备12/28/20222912/31/20223012/28/20223012/31/20223112/28/20223112/31/20223212/28/202232（一）超声提取技术（UWE、SWE）

（参考有关中药提取分离的书）超声波（supersonicwave或ultrasonicwave）：

频率高于20kHz，人的听觉阈以外的声波。是中药提取新技术近年用于中药制剂质量控制如:1995年版《中国药典》：收载超声提取的中药品种117种2000年版《中国药典》：收载超声提取的中药品种232种超声波提取（supersonicwaveextractionSWE）：利用超声波具有的机械效应、空化效应及热效应，通过增大溶剂（介质）分子的运动速度，增大溶剂的穿透力，提取中药中有效成分的方法。12/31/202233（一）超声提取技术（UWE、SWE）

（参考有关中药提取分离超声提取的原理1机械效应：SW在溶剂中的传播使介质质点沿着一定方向振动，强化介质的扩散、传质。SW产生的辐射压强→使物料细胞变形、蛋白变性。SW给予溶剂、悬浮体的加速度，使得两者产生摩擦力↑，使分子解聚，有效成分溶解。2

空化效应：溶剂中溶解的气泡→在SW振动→气泡定向扩散变大↑→产生共振腔→突然闭合，即空化效应。产生很高压力↑→细胞壁瞬间破裂，利于成分溶出。12/31/202234超声提取的原理1机械效应：SW在溶剂中的传播使介质质点沿着超声提取的原理3热效应：SW在溶剂中传播是能量传递过程，声能被介质吸收转化成热能，导致介质和药材组织升温，加快成分溶解速度。12/31/202235超声提取的原理3热效应：12/28/202235超声提取（SWE）的特点1.不需加热，节省能源，热敏成分不破坏。2.提取效率提高，药材资源不浪费。3.省溶剂。4.物理变化，成分活性不受影响。5.时间短，省时，杂质少，成分含量高

12/31/202236超声提取（SWE）的特点12/28/202236超声提取（SWE）的应用实例12/31/202237超声提取（SWE）的应用实例12/28/202237影响超声提取（SWE）的因素1.时间的影响一般10~100分钟,时间↑,提取效果↑。例外：益母草碱40mins含量最高。2.频率对提取效果的影响12/31/202238影响超声提取（SWE）的因素1.时间的影响12/28/影响超声提取（SWE）的因素3.温度对提取效果的影响杜仲叶的水溶性成分的提取参数比较

原因：T↑，水中小气泡（空化核增多），对产生空化作用有利。T↑↑，水泡中蒸汽压P↑↑，使气泡闭合时缓冲了空化作用。对水而言，最佳温度是60℃。12/31/202239影响超声提取（SWE）的因素3.温度对提取效果的影响超声提取对有效成分性质的影响

对中药中的成分(小分子)的提取无影响，但对生物大分子如蛋白、多肽、酶的提取可破坏其结构，尽而影响生物活性。12/31/202240超声提取对有效成分性质的影响12/28/202240（二）微波技术（MW）

微波：微波（microwave.mw）是波长1~0.001m，频率在300MHz—300GHz的电磁波

微波的特性：①似光特性：直线传播②穿透特性：微波辐射在不同的物体表面有三种不同的特性反射性:金属.入射角=反射角，不发热穿透性:某些非金属（透明体）不发热吸收性:水（发热）③热特性:MW→物体内部吸收微波转化→热能，对物料加热，使内外温度相等。12/31/202241（二）微波技术（MW）微波：微波（microwave.m

④非热特性（生物效应）：微生物内H2O在MV作用下产生极性震荡→细胞膜结构破裂、细胞分子间氢键松弛→生存环境遭到严重破坏→细胞死亡，实现了低温灭菌微波由微波发生器产生，国际公约规定下列频率用于工业、民用和科学研究：915MHz、2450MHz、5800MHz、22125MHz、我国:2450MHz12/31/202242④非热特性（生物效应）：微生物内H2O在MV作用下产生微波技术提取原理微波提取（Microwave-AsistedExtraction.MAE）原理：基于微波的热特性：

①介电加热：永久偶极分子在2450MHz电磁场产生高频共振，分子超高速旋转→动能↑→导致T↑；

②离子传导：离子在MV作用下→高速运动，摩擦→热量。

较大介电常数的溶剂：水、乙醇、乙腈→被加热；

极性小的芳香、脂肪族化合物、CO2、CCl4等对MW吸收性能差，不被加热。

12/31/202243微波技术提取原理微波提取（Microwave-Asiste微波技术在中药提取中的应用

微波提取中药的的实例：

12/31/202244微波技术在中药提取中的应用微波提取中药的的实例：

微波提取法与常规法提取辣椒素的比较12/31/202245微波提取法与常规法提取辣椒素的比较12/28/20224

微波提取法与常规法提取红景天苷的比较12/31/202246微波提取法与常规法提取红景天苷的比较12/28/20精品课件！12/31/202247精品课件！12/28/202247精品课件！12/31/202248精品课件！12/28/202248微波提取中药成分的评价与存在问题

1.适合对热稳定成分：生物碱、黄酮、苷类等,不适合蛋白质、肽类等不稳定的化合物。2.要求物料有吸水性，即溶剂的介电常数较大，如水等

12/31/202249微波提取中药成分的评价与存在问题12/28/第一节基本概念和分配定律

一、基本概念萃取、反萃取、物理萃取、化学萃取二、分配平衡、分配定律

12/31/202250第一节基本概念和分配定律一、基本概念12/28/20一、基本概念

1.萃取（Extraction）

萃取是依据目标物在互不相溶的两相中分配不等的原理，利用液体或超临界流体为溶剂，使混合物中目标物完全或部分分离纯化的操作。萃取是传质的过程。12/31/202251一、基本概念

1.萃取（Extraction）萃12/31/20225212/28/202232.反萃取（Backextraction）

当完成萃取操作后，向萃取相中加入另一种萃取剂（如不同pH的水相），将目标产物从萃取相转入到第二种萃取剂中的萃取操作称为反萃取，第二种萃取剂称为反萃取剂。反萃取操作是为了进一步纯化目标产物或便于下一步分离操作。12/31/2022532.反萃取（Backextraction）当完成萃取操作对于一个完整的萃取过程，常常在萃取和反萃操作之间交替进行，并增加洗涤操作，洗涤操作的目的是除去与目标产物同时萃取到有机相的杂质，提高反萃液中目标产物的纯度。从雪花莲中提取加兰他敏，其中还有石蒜碱、伪石蒜碱、多花水仙碱等生物碱12/31/202254对于一个完整的萃取过程，常常在萃取和反萃操作之间交替进行，并12/31/20225512/28/2022612/31/20225612/28/202273．物理萃取(Physicalextraction)物理萃取即溶质根据相似相溶的原理在两相间达到分配平衡的萃取，萃取剂与溶质之间不发生化学反应。物理萃取广泛应用于抗生素及天然植物中有效成分的提取过程

12/31/2022573．物理萃取(Physicalextraction)物理萃4．化学萃取(Chmicalextraction)化学萃取则利用萃取剂与溶质之间的化学反应生成复合分子，向萃取相分配而实现溶质转移。化学萃取主要用于氨基酸、抗生素和有机酸、生物碱等生物产物的分离.外消旋体的拆分，有时为化学萃取法。12/31/2022584．化学萃取(Chmicalextraction)化学萃取二、分配定律与分配平衡

1溶质的分配定律（Nernst）：在恒温恒压条件下，溶质在互不相溶的两相中达到分配平衡时，如果其在两相中的相对分子质量相等（以同一中分子形式存在），则其在两相中的平衡浓度之比为常数。12/31/202259二、分配定律与分配平衡12/28/202210

即

K称为分配系数C1—平衡时萃取相中溶质的浓度mol/cm3C2—平衡时料液相溶质浓度mol/cm31212/31/202260

即

1212/28/202211由热力学理论可知，应用上式的条件是：1.必须是稀溶液2.溶质对溶剂的互溶没有影响；3.必须是同一种分子类型，即不发生缔合或解离。分配定律是萃取操作、色谱学的理论基础和依据。12/31/20226112/28/202212分配定律热力学理论解释当溶质在互不相溶的两相中达到平衡时，根据热力学理论，在恒温恒压下，溶质在两相中的化学位（μ）相等，即μ1=μ2

12/31/202262分配定律热力学理论解释当溶质在互不相溶的两相中达到平衡时，根在多数情况下，体系复杂，溶质常常有解离、缔合、络合等反应，浓度比较大，此时体系不完全服从分配定律。在两相中各种形式的溶质的比为分配比（D-表观分配系数）。D随浓度、温度及其它溶质的不同而变。12/31/202263在多数情况下，体系复杂，溶质常常有解离、缔合、络合等反应，浓三、萃取率萃取率：表示一种溶剂对某种溶质的萃取能力12/31/202264三、萃取率萃取率：表示一种溶剂对某种溶质的萃取能力12/2萃余率：一种溶剂对某种溶质的萃取能力的另一种表示方式。用萃余相中溶质总量与原始料液中溶质总量之比表示。12/31/202265萃余率：一种溶剂对某种溶质的萃取能力的另一种表示方式。12/四、分离因素也称选择性系数在同一萃取体系内，两种溶质在同样条件下分配系数之比，β≠1是实现萃取的必要条件。12/31/202266四、分离因素也称选择性系数12/28/202217五、萃取的分类根据萃取操作的两相相态不同分为：固液-萃取液液-萃取根据萃取剂的性质分为：溶剂萃取超临界流体萃取双水相萃取12/31/202267五、萃取的分类根据萃取操作的两相相态不同分为：12/28/212/31/20226812/28/202219第二节固液萃取液固萃取通称为浸取或浸出（Leaching），是用某种溶剂把目标物质从固体原料中抽提到溶液中的过程。12/31/202269第二节固液萃取液固萃取通称为浸取或浸出（Leaching一、浸取原理一般认为浸取经历三阶段：浸润阶段溶解阶段扩散阶段12/31/202270一、浸取原理一般认为浸取经历三阶段：12/28/20222112/31/20227112/28/202222浸取的三阶段（1）浸润阶段:药材与溶剂混合时，溶剂首先附着于药材表面使之润湿，然后通过毛细管和细胞间隙进细胞组织内部。（2）溶解阶段：溶剂进入细胞后，可溶性成分逐渐溶解，溶质转入到溶剂中。12/31/202272浸取的三阶段（1）浸润阶段:药材与溶剂混合时，溶剂首先附着于3）扩散阶段：进入细胞组织内的溶剂逐渐形成浓溶液，高于细胞外浓度，产生了浓度差，溶质不断地向外扩散，直到内外浓度相等达平衡为止浸取的速率取决于该阶段。如将药材粉碎至一定粒度，将加速扩散速率。浸取得推动力是浓度差12/31/2022733）扩散阶段：进入细胞组织内的溶剂逐渐形成浓溶液，高于细胞外二、浸出方法传统的五种形式：l．煎煮法2．浸渍法3．渗漉法4．回流法5．索氏法新型三种形式：1．超临界流体萃取法2．超声提取技术3．微波萃取技术12/31/202274二、浸出方法传统的五种形式：l．煎煮法2．浸渍法3浸取工艺单级浸取工艺：包括单级回流、单级循环多级浸出工艺：逆流浸出工艺12/31/202275浸取工艺单级浸取工艺：包括单级回流、单级循环12/28/2012/31/20227612/28/20222712/31/20227712/28/202228浸取设备间歇式设备连续式设备—移动床12/31/202278浸取设备间歇式设备12/28/20222912/31/20227912/28/20223012/31/20228012/28/20223112/31/20228112/28/202232（一）超声提取技术（UWE、SWE）

（参考有关中药提取分离的书）超声波（supersonicwave或ultrasonicwave）：

频率高于20kHz，人的听觉阈以外的声波。是中药提取新技术近年用于中药制剂质量控制如:1995年版《中国药典》：收载超声提取的中药品种117种2000年版《中国药典》：收载超声提取的中药品种232种超声波提取（supersonicwaveextractionSWE）：利用超声波具有的机械效应、空化效应及热效应，通过增大溶剂（介质）分子的运动速度，增大溶剂的穿透力，提取中药中有效成分的方法。12/31/202282（一）超声提取技术（UWE、SWE）

（参考有关中药提取分离超声提取的原理1机械效应：SW在溶剂中的传播使介质质点沿着一定方向振动，强化介质的扩散、传质。SW产生的辐射压强→使物料细胞变形、蛋白变性。SW给予溶剂、悬浮体的加速度，使得两者产生摩擦力↑，使分子解聚，有效成分溶解。2

空化效应：溶剂中溶解的气泡→在SW振动→气泡定向扩散变大↑→产生共振腔→突然闭合，即空化效应。产生很高压力↑→细胞壁瞬间破裂，利于成分溶出。12/31/202283超声提取的原理1机械效应：SW在溶剂中的传播使介质质点沿着超声提取的原理3热效应：SW在溶剂中传播是能量传递过程，声能被介质吸收转化成热能，导致介质和药材组织升温，加快成分溶解速度。12/31/202284超声提取的原理3热效应：12/28/202235超声提取（SWE）的特点1.不需加热，节省能源，热敏成分不破坏。2.提取效率提高，药材资源不浪费。3.省溶剂。4.物理变化，成分活性不受影响。5.时间短，省时，杂质少，成分含量高

12/31/202285超声提取（SWE）的特点12/28/202236超声提取（SWE）的应用实例12/31/202286超声提取（SWE）的应用实例12/28/202237影响超声提取（SWE）的因素1.时间的影响一般10~100分钟,时间↑,提取效果↑。例外：益母草碱40mins含量最高。2.频率对提取效果的影响12/31/202287影响超声提取（SWE）的因素1.时间的影响12/28/影响超声提取（SWE）的因素3.温度对提取效果的影响杜仲叶的水溶性成分的提取参数比较

原因：T↑，水中小气泡（空化核增多），对产生空化作用有利。T↑↑，水泡中蒸汽压P↑↑，使气泡闭合时缓冲了空化作用。对水而言，最佳温度是60℃。12/31/202288影响超声提取（SWE）的因素3.温度对提取效果的影响超声提取对有效成分性质的影响

对中药中的成分(小分子)的提取无影响，但对生物大分子如蛋白、多肽、酶的提取可破坏其结构，尽而影响生物活性。12/31/202289超声提取对有效成分性质的影响12/28/202240（二）微波技术（MW）

微波：微波（microwave.mw）是波长1~0.001m，频率在300MHz—300GHz的电磁波

微波的特性：①似光特性：直线传播②穿透特性：微波辐射在不同的物体表面有三种不同的特性反射性:金属.入射角=反射角，不发热穿透性:某些非金属（透明体）不发热吸