第三章溶劑萃取2023/6/41第一頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一萃取具有可連續操作、分離效果好等優點，在化學工業中的應用非常廣泛，例如抗生素、維生素等發酵產物通常采用有機溶劑萃取法來提取，近年來又相繼開發成功超臨界萃取、反膠束萃取和雙水相萃取等一些新的萃取技術，尤其適用于氨基酸、酶和蛋白質類藥物的提取。此外，隨著天然藥物需求量的增加，固-液萃取逐漸得到重視。本章將重點討論有機溶劑萃取，雙水相萃取，反膠束萃取，超臨界流體萃取，并對微波協助萃取，固-液萃取和化學萃取作簡要的介紹。第二頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一萃取分離的種類溶劑萃取雙水相萃取反膠束萃取超臨界萃取固相萃取亞臨界水萃取第三頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一萃取方法原

理應用液-固萃取屬于用液體提取固體原料中有用成分的擴散分離操作。多用于提取存在于胞內的有效成分。液-液萃取溶劑萃取利用溶質在兩個互不混溶的液相（通常為水相和有機溶劑相）中溶解度和分配性質上的差異進行的分離操作。可用于有機酸、氨基酸、維生素等生物小分子的分離純化。雙水相萃取利用物質在互不相溶的兩水相間分配系數的差異進行的分離操作。主要用于蛋白質、酶，特別是胞內蛋白的提取純化。反膠團萃取利用表面活性劑在有機相中形成的反膠團，從而在有機相中形成分散的親水微環境，使生物分子在有機相（萃取相）內存在于反膠團的親水微環境中。適用于氨基酸、肽和蛋白質等生物分子的分離純化，特別是蛋白質類生物大分子的分離。液膜萃取液膜能將與之不互溶的液體分開，使其中一側液體中的溶質選擇性地透過液膜進入另一側，實現溶質之間的分離。適用于金屬離子、烴類、有機酸、氨基酸和抗生素的分離及廢水處理，在酶的包埋固定化和生物醫學方面的應用也前景廣闊。超臨界流體萃取利用超臨界流體作為萃取劑，對物質進行溶解和分離。適用于脂肪酸、植物堿、醚類、酮類、甘油酯、芳香成分等物質的萃取分離。幾種萃取方法的比較第四頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一第一節溶劑萃取法廣義的溶劑萃取法(solventextraction)包括液-固萃取和液-液萃取：液-固萃取又稱浸取、浸提液-液萃取指用一種溶劑將物質從另一種溶劑（如發酵液）中提取出來的方法。第五頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一溶劑萃取法優點：①操作可連續化，速度快，生產周期短；②對熱敏物質破壞少；③采用多級萃取時，溶質濃縮倍數大、純化度高。缺點：由于有機溶劑使用量大，對設備和安全要求高，需要各項防火防爆等措施。第六頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一一、基本概念（一）萃取與反萃取

被提取的溶液稱為原料液，其中欲提取的物質稱溶質，而用以進行萃取的溶劑稱為萃取溶劑(萃取劑)

達到萃取平衡后，大部分溶質轉移到萃取溶劑中，這種含有溶質的萃取溶劑溶液稱為萃取液，而被萃取出溶質以后的料液稱為萃余液。第七頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一

萃取一般指用有機溶劑將物質從水相轉移到有機相的過程。

反萃取(stripping或backextraction)是將萃取液與反萃取劑（一般為水溶液）相接觸，使某種被萃入有機相的溶質轉入水相的過程，可看作是萃取的逆過程。第八頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一（二）、分配定律

分配定律：在一定溫度、一定壓力下，某一溶質在互不相溶的兩種溶劑間分配時，達到平衡后，在兩相中的活度之比為一常數。如果是稀溶液，可以用濃度代替活度，即：

K稱為分配系數第九頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一

應用分配定律時，須符合下列條件：①必須是稀溶液，即適用于接近理想溶液的萃取體系；②溶質對溶劑的互溶度沒有影響；③溶質在兩相中必須是同一分子形式，即不發生締合或解離。第十頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一

在萃取過程中，溶質在兩相的分子形式常常并不相同，仍然采用類似分配定律的公式作為基本公式。這時候溶質在萃取相和萃余相中的濃度，實際上是以各種化學形式進行分配的溶質總濃度，它們的比值以分配比(distributionratio)表示：第十一頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一（三）、萃取因素

萃取因素也稱萃取比，其定義為被萃取溶質進入萃取相的總量與該溶質在萃余相中總量之比。通常以E表示。若以Vl和V2分別表示萃取相和萃余相的體積，CL和CR分別表示溶質在萃取相和萃余相中的平衡濃度。萃取因素（E）為：第十二頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一（四）、分離因素料液中的溶質并非是單一的組分，除了所需產物（A）外，還存在有雜質（B）。分離因素(separationfactor)，常用表示，其定義為：在同一萃取體系內兩種溶質在同樣條件下分配系數的比值第十三頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一二、溶劑萃取法的基本原理

弱酸HA在不同的pH條件下，可以有不同的化學狀態，其分配比亦有差別，若適度改變pH，可將弱酸HA自水相轉入有機相，或從有機相再轉入水相，這樣反復萃取，可以達到濃縮和提純的目的HAHA第十四頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一第十五頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一三、萃取方法和理論收率的計算萃取方式和理論收率的計算流程：第十六頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一三、萃取方法和理論收率的計算（一）單級萃取第十七頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一萃取因素E為式中VF——料液體積；Vs——萃取劑的體積；C1——溶質在萃取液的總濃度；C2——溶質在萃余相的總濃度；D——分配比；m——濃縮倍數第十八頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一萃余率：理論收率：第十九頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一例如：潔霉素在20℃和pH10.0時分配比（丁醇/水）為18。用等體積的丁醇萃取料液中的潔霉素，計算可得理論收率若改用1/3體積丁醇萃取，理論收率：第二十頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一（二）多級錯流萃取第二十一頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一第二十二頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一萃余率：理論收率第二十三頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一

紅霉素在pH9.8時的分配比（醋酸丁酯/水）為44.5，若用1/2體積的醋酸丁酯進行單級萃取，則：理論收率若用1/2體積的醋酸丁酯進行二級錯流萃取，則理論收率第二十四頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一多級逆流萃取第二十五頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一第二十六頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一n級萃取后，萃余率為：理論收率為第二十七頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一

青霉素在0℃和pH2.5時的分配比（醋酸丁酯/水）為35，若用1/4體積的醋酸丁酯進行二級逆流萃取，則：

n2，理論收率

第二十八頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一

若改為二級錯流萃取，第一級用1/4體積的醋酸丁酯，第二級用1/10體積的醋酸丁酯，則第二十九頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一第二節影響溶劑萃取的因素一、乳化和破乳化（一）乳狀液的形成和穩定條件在化學工業中，特別是生物制藥工業中進行溶劑萃取時，料液中經常殘留具有表面活性的蛋白質，特別容易引起乳化作用，從而使有機相與水相難以分層，即使用離心機也不能將兩相完全分開。“溶劑相中若夾雜水相”，將給后續操作帶來困難，而水相中夾帶溶劑，則會造成目的產物的損失，降低收率。因此，在溶劑萃取操作中，防止乳化和去乳化是非常重要的。第三十頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一乳化劑多為表面活性劑。分子結構特點：一般是由親油基和親水基兩部分組成的，即一端為親水基團或極性部分，另一端為疏水性基團或非極性部分（烴鏈）。第三十一頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一

乳化劑使乳狀液穩定原因：（1）界面膜形成

乳化劑吸附于油－水界面形成結實的界面膜而阻止了液滴間聚結的發生（2）界面電荷的影響

分散相液滴表面的電荷對乳液的穩定性起十分重要的作用大部分乳狀液液滴表面都帶有電荷，其來源主要有三種途徑：a使用離子型表面活性劑作為乳化劑，極性基團伸入水相發生電離而使液滴帶電，若乳化劑為陰離子型，液滴帶負電荷，陽離子型，液滴帶正電荷。

b使用不能電離的非離子型表面活性劑作為乳化劑時，液滴主要通過從水相中吸附離子使自身表面帶電。第三十二頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一（3）介質黏度分散介質粘度越大，液滴布朗運動速度越慢，減少液滴之間相互碰撞，有利于乳狀液的穩定。c液滴與分散介質發生摩擦也可以使液滴表面帶電，所帶的電荷的符號與兩相的介電常數有關，介電常數大的一相帶正電荷，介電常數小的帶負電荷。

液滴表面的電荷密度越大，乳狀液的穩定性也越高。第三十三頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一

每一種表面活性劑都有親水和疏水基團，兩種基團的強度的相對關系稱為HLB值（hydrophile-lipophilebalance）親水親油平衡值。完全不親水（HLB=0）和完全親水（HLB=20）的兩種極限乳化劑作為標準，其它表面活性劑的HLB值就處于這兩種極限值之間。第三十四頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一O/W型(水包油型)乳狀液的乳化劑其HLB值常在8~18之間;作為W/O型(油包水型)乳狀液的乳化劑其HLB值常在3~6之間.第三十五頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一（二）、影響乳狀液類型的因素1．相體積的影響

假定分散相為大小均勻的圓球，按緊密地堆積，圓球體積占總體積的74%。如水的體積占總體積小于26%時，只能形成W／O型乳狀液；大于74%時，只能形成O／W型乳狀液。2．乳化劑分子空間構型的影響

截面積小的一頭指向分散相，截面積大的一頭指向分散介質，所以一價金屬皂形成O／W型乳狀液，而二價金屬皂形成W／O型乳狀液，第三十六頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一3．界面張力的影響乳化劑聚集于界面形成薄膜，若兩相界面張力不等，則使膜彎曲，其凹面一側為界面張力較高的相，高界面張力這側的液體易形成內相。4．容器壁性質的影響

親水性強的容器易得O／W型乳狀液，親油性強的容器易形成W／O型乳狀液。

第三十七頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一（三）、乳狀液的破壞

1.加入去乳化劑（破乳劑往往是反型乳化劑

)2.離心3.加電解質：中和乳狀液分散相所帶的電荷；4.加熱：加快蛋白質膠粒絮凝速度，降低黏度，促使乳化消除；5.吸附過濾：通過多孔介質過濾，水分被吸附；6.稀釋法第三十八頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一（四）、常用的去乳化劑1.陽離子表面活性劑（1）十二烷基三甲基溴化銨（1231）［CH3(CH2)10CH2(CH3)3N+］Br—

（2）溴代十五烷吡啶（PPB）（碳氫鏈較短）第三十九頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一2.陰離子表面活性劑陰離子表面活性劑，如亞油酸鈉、十二烷基磺酸鈉、石油磺酸鈉等3．其他破乳劑如用溴代四烷基吡啶作去乳化劑，因其既易溶于水，又易溶于醋酸丁酯中，既能破壞W／O型，也能破壞O／W型乳狀液，比PPB破乳完全，用量為0.03%~0.05%。它能降低青霉素提取時隨廢液的損失，提高收率。第四十頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一二、pH的影響1、pH影響被萃取物(弱酸或弱堿性)的分配比2、pH也影響被萃取物(弱酸或弱堿性)的穩定性例：用醋酸丁酯提取芐基青霉素，在0℃、pH2.5時測得D

=30，KP=10-2.75，可求得第四十一頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一

可按下式計算表觀分配系數和水相pH的關系：可得，當pH=4.4時，D=1。當pH<4.4時，青霉素能被萃取到醋酸丁酯相中，當pH>4.4時，青霉素從醋酸丁酯相轉移到水相，稱為反萃取。第四十二頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一三、溫度和萃取時間的影響

高溫不穩定，高溫時溶劑間互溶度增大，一般化合物水解速度與溫度的關系服從阿倫尼烏斯公式：第四十三頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一有機溶劑與水之間的互溶度隨溫度升高而增大，這會使萃取效率降低。另一方面，很多生化樣品都有熱敏性，因此萃取一般在低溫下進行。第四十四頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一四、鹽析作用的影響

原理:蛋白質在水溶液中的溶解度是由蛋白質周圍親水基團與水形成水化膜的程度，以及蛋白質分子帶有電荷的情況決定的。當用中性鹽加入蛋白質溶液，中性鹽對水分子的親和力大于蛋白質，于是蛋白質分子周圍的水化膜層減弱乃至消失。同時，中性鹽加入蛋白質溶液后，由于離子強度發生改變，蛋白質表面電荷大量被中和，更加導致蛋白溶解度降低，使蛋白質分子之間聚集而沉淀。第四十五頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一其對萃取的影響：①由于鹽析劑與水分子結合，降低了被萃取物在水中的溶解度，使其易轉入有機相；②鹽析劑降低有機溶劑在水中的溶解③鹽析劑增大萃余相比重，有助于分相。第四十六頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一五、溶劑種類、用量及萃取方式①分配系數愈大愈好，若分配系數未知，則可根據“相似相溶”的原則，選擇與被萃取物結構相近的溶劑；②選擇分離因素大于1的溶劑；③料液與萃取溶劑的互溶度愈小愈好；④盡量選擇毒性低的溶劑。⑤溶劑的化學穩定性高，腐蝕性低，沸點不宜太高，揮發性要小，價格便宜，來源方便，便于回收。第四十七頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一

如潔霉素20℃，pH10.0時，分配比（丁醇／水）=18，根據萃取方式理論收得率的計算方法，得出：第四十八頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一第三節萃取過程和溶劑回收一、混合1、攪拌罐2、管式混合器第四十九頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一3、噴嘴式混和器4、氣流攪拌混和罐第五十頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一二、液-液兩相分離

離心機(管式超高速)第五十一頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一碟片式高速離心機第五十二頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一三、溶劑回收（一）、單組分溶劑回收簡單蒸餾或精餾第五十三頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一（二）、低濃度溶劑回收先簡單蒸餾,后精餾精餾：塔底102℃，塔頂91℃，蒸餾物為恒沸混和物，含水量為28%-29%，超過水在醋酸丁酯中溶解度（20℃，1.4%）。第五十四頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一四、回收與水部分互溶并

形成恒沸混和物的溶劑

第五十五頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一五、回收完全互溶的混和溶劑并不形成恒沸混和物

如丙酮-丁醇混和溶劑，由于其沸點相差較大（丙酮沸點為56.1℃，丁醇沸點為117.4℃），采用精餾方法很易得到純組分。如果混和溶劑要反復使用，則不需要將它們分成純組分，只需經過蒸餾方式除去不揮發物質，然后測定混和溶劑的比例，再添加不足的溶劑使達到要求。第五十六頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一常用的液-液萃取裝置第五十七頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一

溶劑萃取的應用

第五十八頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一應用領域石油化工分離輕油裂解和鉑重整產生的芳烴和非芳烴混合物；用酯類溶劑萃取乙酸,用丙烷萃取潤滑油中的石蠟；以HF-BF3作萃取劑,從C8餾分中分離二甲苯及其同分異構體。生物化工以醋酸丁酯為溶劑從發酵液中萃取青霉素精細化工香料工業中用正丙醇從亞硫酸紙漿廢水中提取香蘭素食品工業中用TBP從發酵液中萃取檸檬酸濕法冶金用溶劑LIX63-65等萃取劑從銅的浸取液中提取銅溶劑萃取的應用實例第五十九頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一第四節

雙水相萃取

雙水相萃取技術，又稱水溶液兩相分配技術，它利用不同的高分子溶液相互混合可產生兩相或多相系統，靜置平衡后，分成互不相溶的兩個水相，利用物質在互不相溶的兩水相間分配系數的差異來進行萃取的方法，稱為雙水相萃取法。特點：能保留產物的活性，操作可連續化，可純化蛋白質2~5倍。第六十頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一一、雙水相的形成

如葡聚糖與聚乙二醇按一定比例與水混合，靜置平衡后，分成互不相溶的兩個水相，上相富含PEG，下相富含葡聚糖第六十一頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一第六十二頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一二、雙水相萃取的基本概念（一）相圖相圖右上部為兩相區，左下部為均相區，兩相與均相的分界線叫雙節線。組成位于A點的系統實際上由位于C、B兩點的兩相所組成，BC稱為系線。當系線向下移動時，長度逐漸減小，表明兩相的差別減小，當達到K點時，兩相間差別消失，K點稱為臨界點。第六十三頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一（二）分配系數影響分配系數的因素包括很多，如被萃取微粒子大小、疏水性、表面電荷、粒子或大分子的構象等，這些因素微小的變化可導致分配系數較大的變化，因而雙水相萃取有較好的選擇性。分配系數K與溶質的濃度和相體積比無關：第六十四頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一三、影響雙水相萃取的因素（一）、成相高聚物的分子量一般原則:對于PEG-Dextran所形成的雙水相，如果降低PEG的分子量，蛋白質分配于富含PEG的上相中，使分配系數增大，而將Dextran分子量減小，則會導致分配系數降低。

第六十五頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一（二）成相聚合物濃度

一般來說，雙水相萃取時，如果相系統組成位于臨界點附近，則蛋白質等大分子的分配系數接近于1。高聚物濃度增加，系統組成偏離臨界點，蛋白質的分配系數也偏離1，即K＞1或K＜1第六十六頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一隨著濃度差的變化，分配系數會有很大的變化第六十七頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一（三）分配物質的分子量

雙水相系統適應于大分子量物質的分離，分子量小分配系數接近于1，分離越困難。第六十八頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一（四)鹽類的影響

鹽的種類和組成對帶電大分子的分配影響很大。例如，對于PEG/dex系統，氯化鈉的濃度等于2mol/L時，血紅蛋白的分配系數增加兩個數量級，充分說明鹽類對分配系數的巨大影響。鹽影響所有帶電大分子和帶電細胞粒子在兩相中的分配。例如，DNA萃取時，離子組分微小的變化可使DNA從一相幾乎完全轉移到另一相。第六十九頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一（五）、溫度及其它因素溫度的影響是間接的，它主要影響相的高聚物組成，只有當相系統組成位于臨界點附近時，溫度對分配系數才具有較明顯的作用。pH對酶的分配系數也有很大關系，特別是在系統中含有磷酸鹽時。由于pH的變化會影響磷酸鹽是一氫化物還是二氫化物磷酸鹽的存在，而一氫化物磷酸鹽對界面電位有明顯的影響。第七十頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一四、雙水相系統的選擇

選擇合適的雙水相系統是雙水相分離的關鍵，常見的兩類雙水相系統為：PEG-Dex系統優點：鹽的濃度低，易分相，不易失活。缺點：粘度大，價格高PEG-鹽系統優點：粘度小，價格低缺點：鹽的濃度高，界面吸附多，易失活。選擇原則：根據目標蛋白質和雜質蛋白表面的疏水性，分子量、等電點等性質上的差別來選擇雙水相系統。確定聚合物的分子量，濃度，鹽種類的和濃度，pH值等因素第七十一頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一

1.目標蛋白質和雜質蛋白等電點不同，添加適當的鹽，調節pH值使相間電位差變大，達到分離的目的。

2.根據目標蛋白質和雜質蛋白表面的疏水性，可以利用鹽析原理，提高成相系統濃度，增大雙水相系統的疏水性，達到分離的目的。3.可采用分子量較大的PEG，組成成相系統，提高目標蛋白質的選擇性，在磷酸鹽存在下，改變系統的pH值，提高目標蛋白質的選擇性.第七十二頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一要成功的應用雙水相系統必須滿足下列條件：

1.待提取的物質和原料液應分配在不同的相中

2.待提取物的分配系數足夠大，使其在一定相比時，經過一次萃取，就能得到完全萃取。

3.兩相易于離心分離。五、雙水相萃取的應用第七十三頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一雙水相系統平衡時間短，含水量高，界面張力低，為生物活性物質提供了溫和的分離環境。它還具備操作簡便、經濟省時、易于放大。據報道，系統可從10ml直接放大到1m3規模（105倍）,而各種試驗參數均可按比例放大，產物收率并不降低。第七十四頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一例如PEG-Dextran系統特別適用于從細胞勻漿液中除去核酸和細胞碎片。系統中加入0.1mol/LNaCl可使核酸和細胞碎片轉移到下相（Dextran相）,產物胞內酶位于上相。選擇適當的鹽組分，經一步或多步萃取，可獲得滿意的分離效果。如果NaCl濃度增大到2~5mol/L，幾乎所有的蛋白質、酶都轉移到上相，下相富含核酸。第七十五頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一第七十六頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一五、雙水相萃取技術的發展（一）、廉價雙水相體系的開發

一方面用廉價的無機鹽代替以往常用的昂貴的葡聚糖（二）、親和雙水相萃取技術親和吸附具有專一性強，分離效率高等特點。利用其特點，將親和吸附與雙水相萃取技術相結合，即對成相聚合物進行化學修飾。該體系不僅具有萃取系統處理量大、放大簡單等優點，而且具有親和吸附專一性強、分離效率高的特點。第七十七頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一第五節反膠束萃取反膠束（reversedmicelle），也稱反膠團，是表面活性劑分散在連續的有機相中自發形成的納米尺度的一種聚集體。第七十八頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一第七十九頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一一、基本原理表面活性劑溶于非極性溶劑中，并使其濃度超過臨界膠束濃度，便會在有機溶劑內形成聚集體，非極性基團在外，極性基團則排列在內，形成一個極性核，此極性核具有溶解極性物質的能力，極性核溶解水后就變成水池。當含有此種反膠束的有機溶劑與蛋白質的水溶液接觸后，蛋白質及其他親水性物質能夠溶于極性核內部的水中，由于周圍的水層和極性基團的保護，蛋白質不與有機溶劑接觸，從而不會造成失活。第八十頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一用于萃取蛋白質等物質的反膠束通常為球形，半徑約為10-100nm，其大小隨溶劑和表面活性劑的改變而改變，同時，也受溫度、壓力和離子強度的影響。第八十一頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一第八十二頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一二、反膠束體系在反膠束萃取的早期研究中多用季胺鹽，目前用得最多的是AOT，其化學名為丁二酸乙基己基酯-磺酸鈉。第八十三頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一三、反膠束萃取過程反膠束選擇性分離目標蛋白質包括兩個過程:萃取過程(forwardextraction)和反萃取過程(backwardextraction)。萃取過程:目標蛋白質從主體溶液轉移至反膠束溶液中的過程；反萃取過程:目標蛋白質從反膠束溶液中轉移至第二水相(或以固體的形式游離出來)的過程。這些過程可連續操作，反膠束可在兩套系統中循環。第八十四頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一

反膠束相

混合器1

分離器1混合器2

分離器2進料前萃取后萃取出料第八十五頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一四、影響因素表面活性劑的種類早期用一種表面活性劑,現在混合體系的研究較多，要求蛋白質和表面活性劑所帶的電荷相反。水相pH值決定蛋白質表面帶電基團的離子化狀態,與表面活性劑的頭部基團有相互作用.對于陽離子表面活性劑，溶液的pH應高于等電點，對于陰離子表面活性劑，溶液的pH應低于等電點。第八十六頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一溫度提高溫度可使反膠束排斥水,起濃縮作用離子強度降低帶電蛋白與反膠束極性基團的相互作用,并導致高離子強度下反膠束顆粒變小親和反膠束萃取導入親合配基,提高萃取率和選擇性第八十七頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一五、應用舉例（一）蛋白質類藥物如蛋白酶、脂肪酶等（二）、氨基酸親水性不同,疏水氨基酸主要在反膠束界面;親水性氨基酸在反膠束內部極性水中（三）、抗生素如膽甾醇-D-丙氨酰胺-D-丙氨酸酯（四）、核酸第八十八頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一超臨界流體萃取法(SFE)

以超臨界流體(SCF)作萃取劑，直接從固體（粉末）或液體樣品中萃取目標物質（有機物）。100年前人們就知道超臨界流體可以溶解很多物質。20世紀50年代，美國將SFE用于工業分離。1963年，德國首次申請SFE分離技術的專利。20世紀80－90年代成為熱門學科。第六節超臨界流體萃取法第八十九頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一SFE論文與專利發表情況論文第九十頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一專利第九十一頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一SFE的優點：1.萃取劑在常溫常壓下為氣體，萃取后可以方便地與萃取組分分離。2.在較低的溫度和不太高的壓力下操作，特別適合天然產物和生物物質的分離。3.超臨界流體的溶解能力可以通過調節溫度、壓力、夾帶劑（如：醇類）在很大范圍內變化；而且還可以采用壓力梯度和溫度梯度。4.不使用有毒溶劑，無污染。萃取速度快（通常30min左右）SFE的缺點：選擇性不夠高。第九十二頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一SFE基本流程分離釜

萃取釜CO2熱交換器

壓縮機或泵

過濾器

熱交換器第九十三頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一一、基本原理超臨界流體萃取技術（SFE)，又稱壓力流體萃取、超臨界氣體萃取、臨界溶劑萃取等，是利用處于臨界壓力和臨界溫度以上的溶劑流體所具有增加物質溶解能力來進行分離純化的技術。

第九十四頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一超臨界流體(SupercriticalfluidsSCF)超臨界流體是指超過臨界溫度和臨界壓力狀態的流體。臨界流體既不同于氣體，也不同于液體的一種流體狀態。CO2密度隨壓力與溫度變化的特點第九十五頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一

超臨界流體性質1.在臨界點附近，在臨界溫度稍高的區域內，壓力稍有變化，就會引起密度很大的變化，流體的密度隨壓力增高而迅速增加，并接近液體密度；2.在臨界溫度與臨界壓力以上，無論壓力多高，流體都不能液化；3.在超臨界狀態下，流體對很多液體、固體物質的溶解能力都有較大增強，并接近于液體的溶解能力。第九十六頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一超臨界流體與氣體、

液體傳遞性質的比較

物性常溫、常壓下氣體

超臨界流體常溫、常壓下液體

TC,pC～TC,4pC密度

(g/cm3)0.006～0.0020.2～0.50.4～0.90.6～1.6粘度(×10-4g/cm.s)1～31～33～920～300自擴散系數

(cm2/s）0.1～0.40.7×10-30.2×10-3(0.2~2)×10-5第九十七頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一超臨界流體的特性氣體特征：粘度小，接近于普通氣體；擴散系數比液體大100倍,比氣體小得多，溫度和粘度對擴散系數的影響較大，表明，在超臨界流體中比液體中的傳質要好。液體行為：密度大，接近于普通液體，溶解度較大。第九十八頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一物質沸點℃臨界溫度臨界壓力臨界密度物質沸點℃臨界溫度臨界壓力臨界密度氬－122.44.860.53氟利昂-11198.14.41甲烷－164－83.04.640.160異丙醇82.5235.24.760.273氪-63.85.500.920甲醇240.58.100.272乙烯－10310.05.120.217正己烷69.0234.22.970.234氙16.75.891.150乙醇78.2243.46.300.276三氟甲烷26.24.850.620正丙醇263.45.170.275氟利昂-1328.93.920.580丁醇275.04.300.27二氧化碳－78.531.067.380.468環己烷280.34.07乙烷－88.032.44.880.203苯80.1288.14.890.302丙烯－47.792.04.670.288乙二胺319.96.270.29丙烷－44.597.24.240.220甲苯110.6320.04.130.292氨－33.4132.311.390.236對二甲苯343.03.52n-丁烷－0.5152.03.800.228吡啶347.05.630.31二氧化硫157.67.880.525水100.0374.122.060.326n-戊烷36.5196.63.370.232

可供選用溶劑的臨界性質第九十九頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一

超臨界流體的溶劑選擇原則化學性質穩定，對設備沒有腐蝕性；臨界溫度應接近室溫或操作溫度；操作溫度應低于萃取組分的分解、變質溫度；臨界壓力最好在4MPa上下（降低壓縮動力）；選擇性盡可能高（容易得到高純度產品）；對萃取質的溶解度高（減少溶劑用量）；萃取劑必須對人體無毒。第一百頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一利用CO2作為萃取劑主要有以下優點:(1)二氧化碳超臨界溫度(Tc=31.06℃)是所有溶劑中最接近室溫的，可以在35～40℃的條件下進行提取,防止熱敏性物質的變質和揮發性物質的逸散。(2)在CO2氣體籠罩下進行萃取,萃取過程中不發生化學反應;又由于完全隔絕了空氣中的氧,因此,萃取物不會因氧化或化學變化而變質。第一百零一頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一(3)由于CO2無味、無臭、無毒、不可燃、價格便宜、純度高、容易獲得,使用相對安全。(4)CO2是較容易提純與分離的氣體,因此萃取物幾乎無溶劑殘留,也避免了溶劑對人體的毒害和對環境的污染。(5)CO2擴散系數大而粘度小,大大節省了萃取時間,萃取效率高。第一百零二頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一二、影響超臨界流體萃取的因素（一）壓力的影響壓力增加，絕大多數化合物溶解度都急劇上升。＜7.0MPa時,溶解度很小;25MPa時,溶解度70g/L;理想氣體下，溶解度＜5g/L.萘在CO2中的溶解度與壓力關系第一百零三頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一根據萃取壓力的變化,SFE分為3類基本應用:一是高壓區的全萃取，高壓時,超臨界流體的溶解能力強,可最大限度地溶解大部分組分；二是低壓臨界區的脫臭，在臨界點附近,僅能提取易溶解的組分,或除去有害成分;三是中壓區的選擇萃取，在高低壓區之間,可根據物料萃取的要求,選擇適宜壓力進行有效萃取。第一百零四頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一（二）溫度的影響一個是溫度對流體密度的影響，隨溫度升高，CO2流體密度降低，導致其溶劑化效應下降，對物質的溶解度也下降；另一個是溫度對物質蒸氣壓的影響，隨溫度升高，物質的蒸氣壓增大，使物質在CO2流體中的溶解度增大。第一百零五頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一

超臨界流體的溶解能力比較

萘在超臨界·CO2流體中的溶解度

實線－在CO2中，虛線－按理想氣體計算第一百零六頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一(三)、助溶劑（夾帶劑）當在CO2流體中加入少量第二溶劑，可以大大提高其對原來溶解度很小的溶質的溶解能力，這種第二組分溶劑稱為輔助溶劑（entrainer），又稱助溶劑。從經驗上看，加入極性助溶劑對提高極性成分的溶解度有幫助，對非極性溶質作用不大；相反，非極性助溶劑對極性和非極性溶質都有增加溶解度的效能。

第一百零七頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一CO2流體中非極性夾帶劑對

溶質溶解度的影響溶質夾帶劑夾帶劑含量（摩爾分數）溶解度比六甲基苯正庚烷3.51.6（有無之比）正辛烷3.52.1正十一烷3.52.6菲正庚烷3.51.6正辛烷3.52.8正辛烷5.254.2正辛烷7.05.4正十一烷3.53.6

1.夾帶劑碳原子數增加，溶解比增大；

2.同種夾帶劑濃度增加，溶解比也增大。第一百零八頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一

夾帶劑(丙烷)濃度對溶解度影響

夾帶劑濃度增大，萘在CO2中的溶解度增加。第一百零九頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一惰性氣體對溶解度的影響

在超臨界CO2萃取咖啡因加入惰性氣體

濃度增加，溶解度降低。第一百一十頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一第一百一十一頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一（四）、物料性質的影響物料的粒度影響

細物料可增加傳質效果，但過細增加流動阻力

水分

含水量過高時，形成連續性水膜，影響傳質過程三、超臨界流體萃取方法

超臨界流體萃取的三種典型流程

第一百一十二頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一變壓萃取分離(等溫法)在萃取器中使萃取物質與超臨界流體充分接觸而被萃取，含有萃取組分的超臨界流體從萃取器抽出，經膨脹閥后流入分離釜內；由于壓力降低，被萃取組分在超臨界流體中的溶解度變小，使其在分離器中析出。被萃組分經分離后，從分離器下部放出；降壓后的萃取氣體則經壓縮機或高壓泵提升壓力后返回萃取器循環使用。13P124等溫法：T1=T2P1>P21—萃取槽；2—膨脹閥；3—分離槽；4—壓縮機T1T2P2溶質第一百一十三頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一特點是：在等溫條件下，利用不同壓力時待萃取組分在萃取劑中的溶解度差異來實現組分的萃取及與萃取劑的分離。過程易于操作，應用較為廣泛，但能耗高一些。第一百一十四頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一變溫萃取分離(等壓法)利用超臨界流體在一定范圍內萃取組分的溶解度隨溫度升高而降低的性質，將萃取組分通過升溫來降低其在超臨界流體中的溶解度，來實現萃取組分與萃取劑的分離。13P124等壓法：T1<T2P1=P21—萃取槽；2—加熱器；3—分離槽；4—泵；5—冷卻器P2T2T15溶質第一百一十五頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一特點是：在低溫下萃取，在高溫下使溶劑與萃取組分的分離，萃取組分從分離器下方取出，萃取劑經冷卻壓縮后返回萃取器循環使用。過程中，萃取釜和分離釜處于相同壓力下，因此，只需循環泵即可，壓縮功耗較少，但需要加熱蒸汽和冷卻水。第一百一十六頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一吸附萃取法該過程利用分離釜中填充的特定吸附劑（只吸附溶質而不吸附萃取劑），被萃取物在分離器內被吸附并與萃取劑分離，不吸附的萃取劑氣體則由壓縮機壓縮并返回萃取器循環使用。在操作過程中，萃取釜和分離釜的溫度和壓力相等。將超臨界流體中的分離組分選擇性地除去，并定期再生吸附劑。13P124吸附法：T1=T2P1=P21—萃取槽；2—吸附劑；3—分離槽；4—泵P2T2T1第一百一十七頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一三種超臨界萃取方法的用途等溫法與等壓法主要用于萃取相中的溶質為需要精制的產物；吸附法主要適用于那些萃取質為需除去的有害成分，而萃取槽內留下的萃余物為提純產物。第一百一十八頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一萘在CO2中的溶解度及超臨界萃取操作曲線溫度溶解度溫度和壓力的改變對溶解能力改變很大，因此超臨界氣體的回收可以采用在一定溫度下變壓，或者在一定溫度下改變壓力。第一百一十九頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一

各種萃取方法所需溶劑及循環量的比較操作線操作方式萃取條件分離條件每kg萃取質所需溶劑量點號壓力MPa溫度℃溶解度mol%代號壓力MPa溫度℃溶解度mol%(a)等溫、減壓E130.40555.2S19.12430.26.88(b)等溫、氣液分離L250.65V250.0456.35(c)等壓、冷卻E130.40555.2S230.40201.28.59(d)等溫、加熱E38.11300.85S38.118.110.145.83第一百二十頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一SFE多級操作系統227精餾+分離54131.萃取釜,2.減壓閥,3.分離釜,4.換熱器5.壓縮機,6.分離釜,7.精餾柱22兩級SFE54163第一百二十一頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一TTTTTTTTTT原料（液體）萃取物外回流填料塔殘渣物CO2液相物料連續逆流萃取系統第一百二十二頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一裝有多孔塔盤的液相原料萃取系統及塔盤結構1.電容傳感器2.

塔盤1CO2+萃取物液面位置降液柱精制產物液料2CO2第一百二十三頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一超臨界萃取裝置第一百二十四頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一北京超流萃取技術研究所第一百二十五頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一第一百二十六頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一四、在生物制藥領域的應用⑴具有廣泛的適應性：⑵萃取效率高，過程易于調節：⑶分離工藝流程簡單：⑷有些分離過程可在接近室溫下完成⑸分離過程必須在高壓下進行，設備及工藝技術要求高，投資比較大，普及應用較為困難。第一百二十七頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一（一）、提取生物活性物質植物中提取有效成分，如黃酮、色素等（二）、超臨界流體萃取除雜去除農藥殘留等（三）、超臨界流體結晶技術快速膨脹法：快速降壓，物質析出抗溶劑法：加入超臨界流體，降低物質的溶解度，使之從液體中析出第一百二十八頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一實例1：從咖啡豆中除去咖啡因大量飲食咖啡因對人體有害。以往工業上除咖啡因采用二氯乙烷萃取。溶劑殘留影響咖啡品質；且溶劑同時將部分有用香味物質帶走。SFE除咖啡因：浸泡過的咖啡豆直接置于萃取容器中，連續（循環）用超臨界CO2萃取（T＝70－900C；p＝16－20MPa）10h，咖啡因用水吸收，蒸餾可回收咖啡因。經SFE處理后的咖啡豆中咖啡因含量從0.7-3%降到0.02%。含咖啡因的咖啡脫除咖啡因后的咖啡12CO2+咖啡因CO231112第一百二十九頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一實例2：從生物體中提取有機錫有機錫的用途：船體涂料、漁網防污劑、殺蟲劑、塑料添加劑、殺菌劑。有機錫的污染：海洋生物（魚）、環境等。溶劑萃取的問題：繁瑣費時。SFE法：從大量脂肪基體中分離出有機錫用于分析。

CO2，500C，100kg/cm2，萃取30min，萃取率94％。第一百三十頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一第七節固相萃取

(solidphaseextractio)操作與柱層析類似。固相萃取：以固體吸附劑作固定相，將目標物或雜質吸附到固定相中，使目標物與基體組分分離的一種前處理技術。目前主要在分析化學的樣品前處理應用，預期將會在生命科學和環境保護等方面獲得廣泛的應用柱層析SPE小柱第一百三十一頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一固相萃取的特點（與溶劑萃取比）是目前生物、醫藥、環境、食品等領域備受歡迎的樣品前處理（分離和富集）技術。操作簡單、快速；減少乳化現象；可處理大批量樣品，但每一次處理樣品量有限；不需要使用大量有機溶劑；應用樣品對象十分廣泛。第一百三十二頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一固相萃取原理

是發生在固定相和流動相之間的物理過程，其實質就是液相色譜的色譜分離過程，只不過用于樣品前處理的分離要求不是很高，只需將大量基體物質或其他雜質組分與目標物分離，即對柱效的要求不高。同液相色譜中分離柱的原理一樣，固相萃取也是基于目標組分與樣品基體在固定相上吸附和分配性質的不同來進行分離的。

第一百三十三頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一固相萃取的目的與要求目標組分在固定相上沒有保留，基體組分保留—從樣品中除去大量基體組分；目標組分牢固地吸附在固定相上，基體組分不保留—從復雜基體中將目標組分分離富集出來；與液相色譜不同的是，固相萃取并不需要特別好的峰形和較短的過柱時間。

第一百三十四頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一固相萃取的主要萃取模式與LC分離模式相同，有正相固相萃取、反相固相萃取、吸附固相萃取和離子交換固相萃取不同的萃取模式所使用的固定相不同;固定相選擇原則也與LC相同，主要依據目標物和基體物質的性質，目標物極性與固定相極性越相似，則目標物在固定相中的保留就越強;固相萃取所用的固定相也與LC常用的固定相相同，只是粒度稍大一些（約30-50m）。第一百三十五頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一正相固相萃取采用極性固定相，可從非極性溶劑樣品中萃取有機酸、碳水化合物和陰離子等極性物質。被萃取的極性化合物在固定相上保留的強弱取決于其極性基團與固定相表面極性基團之間的相互作用（氫鍵、-鍵、偶極間相互作用等）。固定相主要是以硅膠為載體的二醇基、丙氨基柱。第一百三十六頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一反相固相萃取采用非極性或弱極性固定相，適用于萃取從非極性至中等極性的化合物；應用對象最廣泛，是樣品前處理中使用最多的一種固相萃取模式；被萃取物與固定相間主要是基于范德華力和色散力的相互作用；使用的固定相主要是在硅膠載體表面鍵合了疏水性烷烴，如18烷、辛烷、二甲基丁烷。

第一百三十七頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一離子交換固相萃取采用離子交換劑固定相，用來萃取有機和無機離子性化合物，如有機堿、氨基酸、核酸、離子性表面活性劑等。被萃取離子因與固定相表面的離子交換基團之間的靜電相互作用而保留，所用離子交換劑通常是在硅膠載體表面接上季銨基、磺酸基、碳酸基等。第一百三十八頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一吸附固相萃取以吸附劑（氧化鋁、硅膠、石墨碳材料、大孔吸附樹脂等）作固定相；除石墨碳材料和大孔吸附樹脂也可以萃取非極性物質外，吸附固相萃取主要用于極性化合物的萃取。吸附固相萃取在樣品前處理中的應用也相當廣泛。

第一百三十九頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一手工SPE操作

第一百四十頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一簡易固相萃取裝置

第一百四十一頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一簡易SPE裝置能同時處理多個樣品，利用其獨特的轉動上蓋，可方便地在SPE各步驟間任意切換，以收取所需要的組分。第一百四十二頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一全自動固相萃取系統第一百四十三頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一儀器操作原理在進行柱預處理、樣品添加、柱的洗滌、干燥時，ＳＰＥ支架如圖所示位于托盤的前方位置。接著，安裝在機械臂上的移液針將ＳＰＥ支架移動到托盤后面的位置，使ＳＰＥ柱位于相應的洗脫液收集管上方并將洗脫下來的化合物收集在收集管中。第一百四十四頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一

固相萃取與色層分離的區別

固相萃取色層分離兩相固/液固/液固定相制備鍵合、化學修飾鍵合、化學修飾固定相種類較多很多分離機理吸附、分配、交換等吸附、分配、交換等柱尺寸小，(3－5)cmX1cm大，(20－100)cmX5cm

主要用途樣品前處理分離、純化、工業制備第一百四十五頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一目前，化學鍵合相廣泛采用多孔硅膠微粒為基體，用烷烴二甲基氯硅烷或烷氧基硅烷與硅膠表面的游離硅醇基反應，形成Si-O-Si-C鍵形的單分子膜而制得。硅膠表面的硅醇基密度約為5個/nm2，由于空間位阻效應和其它因素的影響，不可能將較大的有機官能團鍵合到全部硅醇基上，使得大約有40-50%的硅醇基未反應。殘余硅醇基第一百四十六頁，共一百五十八頁，編輯于2023年，星期一殘余的硅醇基對鍵合相的性能有很大影響，特別是對非極性鍵合相，它可以減小鍵合相表面的疏水性，對極性溶質（特別是堿性化合物）產生次級化學吸附，從而使保留機制復雜化。為盡量減少殘余硅醇基，一般在鍵合反應后，要用三甲基氯硅烷(TMCS)等進行鈍化處理，稱封