有机溶剂萃取
第5章 溶剂萃取
【5】、萃取体系表示法 被萃取物(起始浓度)/水相组成/有机相组成
〔萃合物的分子式〕
例：
Ta5, Nb5 100 克 升 4MH2SO4、8MHF 80%TBP 煤油 H2TaNbF6 •3TBP
表示被萃物是五价的Ta、Nb离子，萃取前它们 的浓度为100克/升，水相的组成为4M浓度的硫酸和 8M的氢氟酸。有机相的组成为80%的TBP作萃取剂， 20%的煤油作稀释剂，萃合物的分子式为 H2TaF6·3TBP及H2MbF6·3TBP。
• 根据离子的性质，大部分金属盐是强电解质，它 们在水中有较大的溶解度。这不仅是由于水是极 性大的液体，能够使盐类离解成离子，而且水使 金属离子溶剂化而促进溶解.然而大部分简单的金 属盐，显著地不溶于有机溶剂中。因为有机溶剂 多半是非极性化合物。
• 只有当金属离子或其盐类与有机溶剂分子生成一 种在有机溶剂中比在水中更易溶解的化合物时才 有可能。这主要是由于它们的分子结构与有机溶 剂分子具有相似的特点，即所谓“同类溶解同类” 规则。
（5）操作安全，无毒、不易燃、不挥发。 （6）稳定，便于储存。 （7）价廉，来源充足。
有色冶金生产中常用的萃取剂有胺盐、醇类、酮 类、羧酸类、磷酸类等。
萃合物：萃取剂与被萃取物发生化学反应生成的 不易溶于水相而易溶于有机相的化合物，通常是一种 络先要选用合适的萃取剂, 它是一种能将金属离子通过配位化学反应从水相选择 性地转入有机相,又能通过另一类配位化学反应从有 机相转到水相,借以达到金属的纯化与富集的有机化 合物。
• 人们为寻找选择性更高的萃取剂开展了大量的稀土溶 液配位化学的研究工作,可以说稀土配位化学的发展 就是从这里开始的。是配位化学和分离化学成功的结 合。配位化学一个重要的应用领域是配位萃取。
第二章-溶剂萃取
• ⑵萃取率（q），即萃取百分率 • 表示萃取平衡时，萃取剂的实际萃取能力，常用萃取率来表示。
•
萃取率q
=
被萃物在有机相中的量 被萃物在料液中的总量100%
• 令 C ＿平衡时有机相中的浓度
•
C＿平衡时水相中的浓度
•
VS＿有机相体积
•
VF＿料液体积
• 令：VS R, R称为相比，
VF
•
∴
上式=
• 分子中有C=NOH结构，如N509（5，8＿二乙基＿7羟基＿十二烷基＿6＿ 肟，相当于国外的Lix63；
• N510（2＿羟基＿5＿十二烷基＿二苯甲酮肟，相当于国外的Lix64。 • 二者都是萃铜的萃取剂。
、 • d Kelex型萃取剂
• 8＿羟基喹咛的衍生物，例如：Kelex100，十二烯基＿8＿羟基喹咛，它可 从高浓度铜浸出液中萃取回收铜，萃取能力比Lix型强。
我国的萃取工业发展较国外稍迟一些，是在二十世纪六十年代开始的，但发展很 快。目前，我国有自己合成的新型萃取剂，有自己独特的萃取工艺，水平并不低 于国外。在我国，很多稀有金属的生产，某些有色金属的提取分离等都已应用该 法，这种方法所以能发展得如此快，主要是由于该法具有很多优点，如：分离效 率高、操作安全方便、生产成本低、作业易于连续化、自动化、生产量大等等。
析此时有机相中被萃物的量，即为饱和容量。
• 第二节 萃取基本原理
• 一、萃取过程的物理化学 • 1、萃取过程本质 • 在萃取过程中，要使物质从水相转入有机相，就必须使它从亲水性转变为疏
水性，使它从易溶于水相转变为易溶于有机相，萃取过程的实质就在于利用 物质的亲水性和疏水性的相互转化。
• 在湿法冶金的溶剂萃取中，金属离子大多是亲水性的极性物质，在水溶液中 大多以水合离子状态存在，要使它们从亲水性变为疏水性，就必然要使萃取 剂与金属的水合离子发生化学作用，萃取剂必须将部分或全部的金属离子周 围的水分子顶替出来，生成不带电荷的易溶于有机溶剂的化合物（多数是络
萃取时采用有机溶剂的原理
萃取时采用有机溶剂的原理萃取过程中采用有机溶剂的原理归纳如下:
一、有机溶剂的选择
1. 根据待萃取物的极性选择适宜的有机溶剂。
2. 可调节有机溶剂极性,以提高萃取率。
如改变pH值。
3. 考虑沸点,易挥发的溶剂更便于回收。
4. 尽量选择毒性小的溶剂,减少危害。
二、溶剂萃取原理
1. 根据“相似溶解相似”原理,溶剂与待萃取物在极性上相近。
2. 溶剂分子与萃取物分子间形成分散力或偶极力相互作用。
3. 使萃取物分子从原相迁移并溶解于有机溶剂相中。
4. 通过分离提取有机相,回收萃取物。
三、提高萃取率的方法
1. 多次小批量提取,提高萃取率。
2. 萃取前适当破坏组织结构,增加接触面。
3. 提高温度或使用超声提高扩散速率。
4. 选用萃取效果佳的新型溶剂或混合溶剂。
5. 反萃取提纯,必要时变pH重新萃取。
四、有机溶剂萃取的适用性
有机溶剂萃取操作简便,可以从复杂介质中有选择性地提取目标物,是化学实验室常用的提取分离技术之一。
溶剂萃取的基本概念
溶剂萃取的基本概念1、萃取和反萃取萃取是指某些金属离子从水溶液中转移到不与水相混溶的有机溶剂中的过程，这个过程就叫萃取过程。
反萃取是指把萃取到有机溶剂中的物质转移到水溶液中的过程，它是萃取的逆过程。
用来萃取的有机溶剂叫萃取剂，用来反萃取的水溶值叫反萃剂。
大部分金属盐类一般都易溶于水而难溶于有机溶剂。
要使金属离子转移到有机溶剂中去，必须选择一种合适的萃取剂将围绕在金属离子周围的水分子全都或部分除去，而生成一种不带电荷的非极性或弱极性的化合物，才能够易溶于有机溶剂而难溶于水，这样被萃入有机相的化合物称为萃合物。
萃取和反萃取，是一个相反的过程，为了使金属离子被萃取到有机溶剂中必须创造一定的条件，使金属离子与萃取剂结合生成一种难溶于水而易溶于有机溶剂的萃合物。
条件破坏了，萃取过程就不能进行。
要使被萃物在有机相中能反萃取下来，就必须破坏金属离子的萃合物，促使萃取向反萃取方面转化，为了达到反萃取的目的通常是利用改变体系组分的条件（如酸度等）。
但是必须指出在萃取过程中，绝对萃取和绝对不萃取是不是存在的，只是在一定的条件下，有的易被萃取，有的不易被萃取，有的萃取的多些，有的萃取少些。
为了要达到尽可能的完全分离，提高产品的纯度，往往对萃取后的有机相进行洗涤，因为同样的条件下，被萃取能力强的反萃取程度小，被萃取能力差的反萃取程度大，所以用控制洗涤的条件，使被萃入有机相中的少量的杂质（难萃组分）优先被反萃取下来，从而提高了有机相中被萃物的纯度，所以洗涤过程实质就是杂质的反萃取过程。
洗涤：是指洗去萃取后有机相中的难萃取组分而使易萃取组分进一步富集的过程叫洗涤（或叫萃洗）。
2、相：有机相与水相、相比、级数（1）相：凡是一个物质体系的均匀部分，有机界面，可以和其他部分分开的叫作相。
（2）有机溶剂称之为有机相，可用“O”表示水溶液称之为水相，可用“A”表示（3）相比：是在萃取过程中有机相的体积和水相体积之间的比，相比用“O/A”表示（4）级数：萃取时水相和有机相接触，达不到平衡时所需要的萃取次数。
有机溶剂提取法
大黄粉 20%硫酸-氯仿（1：5）回流
氯仿液 5%NaHCO3水溶液萃取
碱液
氯仿液
盐酸酸化
5%Na2CO3萃取
沉淀 重结晶 碱液
氯仿液
大黄酸
盐酸酸化
0.5%NaOH萃取
沉淀
重结晶 大黄素
碱液 盐酸酸化
氯仿液 回收氯仿
沉淀 重结晶
残留物 硅胶柱
芦荟大黄素
大黄酚
大黄素甲醚
提取与分离
2、柱色谱法
适于分离蒽醌类化合物的柱色谱法有： 硅胶、聚酰胺、凝胶、磷酸氢钙等。
5
提取与分离
（二）游离蒽醌和苷类的分离 1、pH梯度萃取法
（1）应用: 酸性差别较大的游离蒽醌。 （2）操作: A、将混合蒽醌溶于有机溶剂中。 B、选用碱性由弱至强的碱性6 水溶液从有机相中依次萃取。 C、碱液酸化后用有机溶剂萃取，回收溶剂即得游离蒽醌。
6
药材 乙醇提取
乙醇浸膏 乙醚捏溶
乙醚溶液
5％ NaHCO3
不溶物
NaHCO3液 酸化
乙醚液
5％Na2CO3
沉淀 Na2CO3液
重结晶 酸化
乙醚液
1％NaOH
结晶 （含 COOH 或
二个β OH )
沉淀 重结晶
结晶 （含一个β OH )
NaOH液 酸化
沉淀 重结晶
乙醚液
5％NaOH
NaOH液 酸化
乙醚液
结晶 （含二个α OH ）
沉淀
重结晶
结晶 （含一个α OH）
回流，分取有机层，回收溶剂即可。
2、碱提酸沉法
用于提取具有游离酚羟基2 的醌类化合物。酚羟基与 碱成盐而溶于碱水溶液中，酸化后酚羟基游离而沉淀析 出。
萃取剂的种类
萃取剂的种类萃取剂是一类广泛应用于化学、生物学、药学等领域的化合物，它们具有较强的亲和力，能够从混合物中选择性地吸附或溶解出目标物质，从而实现分离纯化的目的。
根据其化学性质和用途的不同，萃取剂可以分为以下几类：一、有机溶剂类萃取剂：有机溶剂类萃取剂是最常见的一类，其分子结构中通常含有极性官能团，如羟基、醇基、醚基、酮基等。
常用的有机溶剂类萃取剂包括乙酸乙酯、苯、甲醇、乙醇等。
它们在分析化学、有机合成等领域中广泛应用，可以用于提取有机物、分离混合物中的某些组分等。
二、无机溶剂类萃取剂：无机溶剂类萃取剂主要是指一些无机物质，如酸、碱、盐等。
它们通常具有较强的溶解能力和离子交换能力，可以用于分离纯化无机物质、调节溶液的酸碱度等。
常见的无机溶剂类萃取剂有硫酸、盐酸、氨水等。
三、天然物质类萃取剂：天然物质类萃取剂是指从植物、动物等自然界中提取的化合物，常见的有植物精油、植物提取物、动物组织提取物等。
它们通常具有独特的香味、色泽和生物活性，可以用于药物研究、香料制备、食品添加等领域。
四、离子液体类萃取剂：离子液体类萃取剂是近年来发展起来的一类新型萃取剂，其分子结构中含有离子键，具有较低的熔点、较高的热稳定性和溶解能力。
离子液体类萃取剂可以选择性地吸附或溶解出目标物质，具有良好的环境友好性和可重复使用性。
离子液体类萃取剂在环境修复、化学分析、能源储存等领域具有广阔的应用前景。
五、聚合物类萃取剂：聚合物类萃取剂是指通过合成方法得到的高分子化合物，具有较大的分子量和较强的亲和力。
聚合物类萃取剂可以通过调节其分子结构和功能基团，实现对混合物中目标物质的选择性吸附、分离和富集。
聚合物类萃取剂在环境保护、水处理、生物医药等领域有着重要的应用价值。
六、金属有机框架（MOFs）类萃取剂：金属有机框架类萃取剂是一类由金属离子和有机配体构建的晶态材料，具有多孔结构和较大的比表面积。
金属有机框架类萃取剂可以通过调节其孔径大小和化学性质，实现对气体、溶液中目标物质的选择性吸附和分离。
溶剂萃取的原理是什么
溶剂萃取的原理是什么
溶剂萃取是一种常见的分离和提取方法，主要基于溶解度的差异对混合物中的组分进行分离。
其原理可以简单描述如下：
1. 选择合适的溶剂：根据混合物的组成和特性，选择一个适合的溶剂或溶剂组合，使需要提取的成分在该溶剂中具有较高的溶解度。
2. 溶解过程：将混合物与溶剂混合，在适当的条件下（如温度、压力等），使溶质分子在溶剂中溶解。
3. 分相过程：由于混合物中的组分在不同溶剂中的溶解度差异，溶液中的组分会在不同溶剂相中分配。
常见的情况是混合物中的某些组分在有机溶剂中溶解度较高，而其他组分则相对较低。
4. 分离过程：通过分离两个相的方法（如液液分离、萃取等），将希望提取的组分从原始混合物中分离出来。
一般情况下，有机溶剂相中的成分被提取出来，而水相中的成分则留在原始混合物中。
5. 回收溶剂和提取物：经过分离后，有机溶剂中的提取物可以通过蒸馏、浓缩等方法得到纯净的目标物质。
溶剂则可以通过蒸馏、萃取等方法回收和循环使用。
总的来说，溶剂萃取利用溶质在不同溶剂中的溶解度差异实现对混合物中的组分进行分离。
其原理基于物质在不同溶剂中的
溶解度差异，充分利用了溶解度的规律，可应用于各种类型的溶质和混合物分离。
有机溶剂萃取法_生物分离工程
萃取剂对溶质A和B分离能力的大小可用分离因 素（β）来表征。
分离因素（β）
分离因素表示有效成分A与杂质B的分离程度。 ＫＡ
β= ＫＢ
β=1 KA = KB 分离效果不好； β>1 KA > KB 分离效果好； β越大，KA 越大于KB，分离效果越好。
弱酸的表观分配系数：K=K0 /(1 ＋10 pH － pK ) 弱酸的表观分配系数： K=K0 /(1 ＋10 pK － pH )
举例：
青霉素 ( pK2.75 ) 工业钾盐 ：
预处理及过滤
发酵液
滤洗液
萃取
调 pH2.02.5 1/3 v/v
丁酯逆流萃取
萃取液
NaCl 盐析脱水
活性炭脱色
丁酯逆共流萃沸取蒸馏结晶
结晶液
pen－k 成品
红 霉 素 ( p K 9.4 ) ：
预处理和过滤
发酵液
滤液
萃取
调 p H 9.8 10.2, 1/4V /V
=K0 /(1 ＋10 pH － pK )
对于弱碱性电解质
K K0
Kp
Kp H
=K0 /(1 ＋10 pK － pH )
K0－只与T、P有关； K－与T、P和pH有关 K可通过实验求出，而K0不能，可由公式求出。
思考题： 将青霉素由水相萃取到丁酯相中，其pK=2.75，萃取条 件：pH=2.5，T=10℃，VF∶VS = 1∶1，测得萃取前发酵 液（水相）效价20000 u/ml，平衡后废液效价645.2 u/ml，求分配系数K和K0
分配定律推导
根据相律（F=C-P+2），在一定温度和压力下萃取达到 平衡时，溶质在两相中的化学位相等：μL=μH
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单级萃取
•（1） 解析计算 •（2） 图解方法
取 计 算
多级错流萃取
（1） 设备
（2） 计算
• a 解析 • b 图解
多级错流萃取设备
计算
图 解 计 算
多级逆流萃取
计算示意
浸取
用某种溶剂把有用物质从固体原料中提取 到溶液中的过程称为浸取或浸出。
❖用温水从甜菜中提取糖， ❖用有机溶剂从大豆、花生等油料作物中提取食用油， ❖用水或有机溶剂从植物中提取药物、香料或色素等。
（2）增溶作用
•生物工业的浸取过程中往往包含增溶作用。 •原先不溶或难溶性的生物大分子物质向可溶性的、分子量 较小的生物物质转变。 •如原果胶向果胶的转化；胶原向胶质的转变；啤酒酿造的 麦芽淀粉向可溶性糖的转化等。 •这些过程中含有酶或酸碱催化的生物大分子水解反应或促 使大分子溶解的作用。
（3）固体原料的预处理 适当粉碎，如用有机溶剂浸取前，要对含水原料进行干燥等。
生物工业上常用的溶剂有酯类、醇类和酮类等。
13.2 萃取过程的理论基础
• 分配定律 • 分配系数
K0 x/ y
X 萃取相浓度 Y 萃余相浓度
应用前提条件 （1） 稀溶液 （2） 溶质对溶剂互溶没有影响 （3） 必须是同一分子类型
分配定律推导
13.3 有机溶剂萃取
溶剂特性对萃取过程的影响 （1） 萃取过程的选择性
分离因子 （2） 溶剂选择
• 介电常数
弱电解质在水相中的平衡
• （1）离子对改变溶质(带溶剂） • （2）调节pH 值改变溶质性质
青霉素的分配平衡
分配系数与pH关系
影响萃取操作的因素：
a.
温度
温度↑互溶性增大； 温度↓产物稳定性提高，粘度增加，扩散性能减小。
b. pH值 影响分配系数，影响物质解离情况
2.浸出的问题
（1）溶剂的选择
“相似相容”原理。 在工业规模上，希望溶剂对目的物质的分配系数大且 对目的物质的选择性高，价格低廉，无毒，无腐蚀性， 闪点高，无爆炸性，易去除和回收。 不能影响食品风味。 食品工业中常用的浸取剂有：水、酸、无毒的含盐水 溶液、乙醇或其他小分子醇、己烷、二氯甲烷、甲基乙 基酮和丙酮、低分子量的酯和植物油等。
13 有机溶剂萃取
利用一种溶质组分（如产物）在两个互不混溶的液相（如水相和有机溶剂 相）中竟争性溶解和分配性质上的差异来进行分离操作的。
有机溶剂萃取法广泛应用于抗生素、有机酸、维生素、激素 等发酵产物工业规模的提取上。
优点 a) 比化学沉淀法分离程度高； b) 比离子交换法选择性好、传质快； c) 比蒸馏法能耗低； d) 生产能力大、周期短、便于连续操作、易实现自动化控制。
13.1 概述
•特点
•（1） •（2） •（3） •（4） •（5） •（6）
萃取过程有选择性 能与其它步聚相配合 通过相转移减少产品水解 适用于不同规模 传质快 毒性与安全环境问题
生物萃取与传统萃取的特殊性
（1）成分与相复杂 （2）传质速率不同 （3）相分离性能不同 （4） 产物的不稳定性
c. 溶媒比 溶媒比＝溶媒体积/萃取体积
溶媒比↑萃取效果↑溶媒回收费用↑
d. 盐分 盐分↑分配系数↑
e. 乳化程度 尽量破坏乳浊液，如轻度乳化，要加热过滤离心（热
敏物质不用加热）；重度乳化，加SDS、溴化十五烷基 吡啶等去乳化剂。
乳化和去乳化
乳化
一种液体（分散相）分散在另一种不相混 溶的液体（连续相）中的现象。
产物 咖啡 豆油 大豆蛋白 香料 蔗糖 维生素B 玉米蛋白质 胶质 果汁 鱼油 鸦片提取物 胰岛素 肝提取物 低水分水果 脱盐海藻 去咖啡因的咖啡 中草药汁 药酒
固体 粗烤咖啡 大豆 豆粉 丁香、胡椒、麝香草 甘蔗、甜菜 碎米 玉米 胶原 水果块 碎鱼块 罂粟 牛、猪胰腺 哺乳动物的肝 高水分水果 海藻 绿咖啡豆 中草药材 中草药材
溶质 咖啡 豆油 蛋白质 香料成分 蔗糖 维生素B 玉米蛋白质 胶质 果汁 鱼油 鸦片提取物 胰岛素 肽、缩氨酸 水 海盐 咖啡因 药用成分 药用成分
溶剂 溶质水 己烷 NaOH溶液，pH 9 80%乙醇 水 乙醇-水 90%乙醇 稀酸 水 己烷，丁醇，CH2Cl2 CH2Cl2或超临界CO2 酸性醇 水 50%的糖液 稀盐酸 氯代甲烷，超临界CO2 水 酒
一个良好的溶剂要满足以下要求：
a. 有很大的萃取容量； b. 良好的选择性； c. 与被萃取的液相（通常是水相）互溶度要小，且粘度低、
界面张力小或适中，有利于相的分散和两相分离； d. 溶剂的回收和再生容易； e. 化学稳定性好，不易分解，对设备腐蚀性小； f. 价廉易得； g. 安全性好，闪点高，对人体无毒性或毒性低。
破乳化
破乳的方法有很多，
a. 过滤或离心分离破乳法、 b. 化学法、 c. 物理法（加热、稀释、吸附等）、 d. 转型法（如在O/W中加入亲油性乳化剂，使乳化液有生
成W / O的倾向，但又不稳定，从而达到破乳目的）。
最好的方法是防止乳化，应设法去除蛋白质。
13.4 萃取方式与过程计算
•（1） 混合 •（2） 分离 •（3） 溶媒回收
乳化产生后会使有机溶剂相和水相分层困难，出现两种夹带，即发酵 液废液中夹带有机溶剂微滴和溶剂相中夹带发酵液的微滴，前者意味 着发酵单位的损失，后者会给以后的精制造成困难。离心机分离也不 能将两相分离完全，所以必须破坏乳化。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
乳化的结果可能形成两种形式的乳浊液： 一种是水包油型（O/W），另一种为油包水型（W / O）。
生产过程出现的乳浊液是水包油型（O/W），还是油包水型 （W / O），主要由表面活性剂的性质决定。
当表面活性剂的亲水基团强度大于亲油基团，易生成水包油型（O/W） 乳浊液；反之则易生成油包水型（W / O）乳浊液。
在发酵液中，蛋白质是引起乳化的最重要的表面活性物质。 由蛋白质引起的乳化多为水包油型（O/W）。