第五章萃取技术
合集下载
化工原理第五章 萃取
图 连结线斜率的变化
二.相平衡关系在三角形相图上的表示方法
1.溶解度曲线与联接线 一定温度下，测定体 系的溶解度曲线时，实验 测出的联结线的条数（即 共轭相的对数）总是有限 的，此时为了得到任何已 知平衡液相的共轭相的数 据，常借助辅助曲线（亦 称共轭曲线） 。
图 辅助曲线
2.辅助曲线和临界混溶点
第二节
液液相平衡
一. 三角形坐标图及杠杆规则 1.三角形坐标图 等边三角形 等腰直角三角形 不等腰直角三角形
一般而言，在萃取过程中很少遇到恒摩尔流的简化情况， 故在三角形坐标图中混合物的组成常用质量分数表示。 习惯 上，在三角形坐标图中，AB边以A的质量分率作为标度，BS 边以B的质量分率作为标度，SA边以S的质量分率作为标度。 三角形坐标图的每个顶点分别代表一个纯组分，即顶点A表示 纯溶质A，顶点B表示纯原溶剂（稀释剂）B，顶点S表示纯萃 取剂S。 三角形坐标图三条边上的任一点代表一个二元混合 物系，第三组分的组成为零。例如AB边上的E点，表示由A、 B组成的二元混合物系，由图可读得：A的组成为0.40，则B 的组成为（1.0-0.40）= 0.60，S的组成为零。
3. 分配系数和分配曲线
（1）分配系数 一定温度下，某组分在互相平衡的 E 相与 R 相中的组成之比称为该组分的分配系数，以 yA k表示，即溶质A
kA
yB 原溶剂B k B xB
xA
式中 yA、yB ——萃取相E中组分A、B的质量分数； xA、xB——萃余相R中组分A、B的质量分数。
分配系数kA表达了溶质在两个平衡液相中的分
第五章
▲ 第一节 概述
萃取
▲ 第二节 液液相平衡 ▲ 第三节 萃取分离效果及主要影响因数
▲ 第四节 萃取过程的计算
生物工程下游技术-第五章_萃取技术
上层为萃取相，富含目的产物，送去蒸馏回收溶剂和产物进一步精制； 下一层为萃余相，含目的产物浓度比新鲜料液低得多，送第二级萃取； 如此经三级萃取后，最后一级的萃余相作为废液排走。
三、萃取分离设备
萃取操作过程及设备
液-液萃取设备包括三个部分：混合设备、分离设备和溶 剂回收设备。混合设备是真正进行萃取的设备，它要求料液 与萃取剂充分混合形成乳浊液，欲分离的生物产品自料液转 入萃取剂中。分离设备是将萃取后形成的萃取相和萃余相进 行分离。溶剂回收设备需要把萃取液中的生物产品与萃取溶 液分离并加以回收。混合通常在搅拌罐中进行，也可将料液 与萃取剂在管道内以很高速度混合，称管道萃取，也有利用 喷射泵进行涡流混合，称喷射萃取。
Light phase 萃取剂
Heavy phase
溶剂萃取概述
杂质
溶质
原溶剂
萃取的基本概念
溶剂萃取概述
①萃取 : 溶质从料液转移到萃取剂的过程。
②反萃取：溶质从萃取剂转移到反萃剂的过程。
在完成萃取操作后，为进一步纯化目标产物或便于下一步 分离操作的实施，将目标产物从有机相转入水相的操 作就称为反萃取（Back extraction)
2）乳浊液的破坏措施
物理法：离心、加热，吸附，稀释 化学法：加电解质、其他表面活性剂
* 转型法 加入一种乳化剂，条件： ① 形成的乳浊液类型与原来的相反，使原乳浊液转型 ② 在转型的过程中，乳浊液破坏，控制条件不允许形成 相反的乳浊液， * 顶替法 加入一种乳化剂，将原先的乳化剂从界面顶替出来： ① 形成的乳浊液类型与原来的一致 ② 它本身的表面活性 > 原来的表面活性 ③ 不能形成坚固的保护膜。
常用的去乳化剂： 十 二 烷 基 硫 酸 钠 （ D .S ）， 酸 性 ， 阴 离 子 型 表 面 活 性 剂 溴 代 十 五 烷 基 吡 啶 （ P P B ）， 碱 性 ， 阳 离 子 表 面 活 性 剂
三、萃取分离设备
萃取操作过程及设备
液-液萃取设备包括三个部分：混合设备、分离设备和溶 剂回收设备。混合设备是真正进行萃取的设备，它要求料液 与萃取剂充分混合形成乳浊液，欲分离的生物产品自料液转 入萃取剂中。分离设备是将萃取后形成的萃取相和萃余相进 行分离。溶剂回收设备需要把萃取液中的生物产品与萃取溶 液分离并加以回收。混合通常在搅拌罐中进行，也可将料液 与萃取剂在管道内以很高速度混合，称管道萃取，也有利用 喷射泵进行涡流混合，称喷射萃取。
Light phase 萃取剂
Heavy phase
溶剂萃取概述
杂质
溶质
原溶剂
萃取的基本概念
溶剂萃取概述
①萃取 : 溶质从料液转移到萃取剂的过程。
②反萃取：溶质从萃取剂转移到反萃剂的过程。
在完成萃取操作后，为进一步纯化目标产物或便于下一步 分离操作的实施，将目标产物从有机相转入水相的操 作就称为反萃取（Back extraction)
2）乳浊液的破坏措施
物理法：离心、加热，吸附，稀释 化学法：加电解质、其他表面活性剂
* 转型法 加入一种乳化剂，条件： ① 形成的乳浊液类型与原来的相反，使原乳浊液转型 ② 在转型的过程中，乳浊液破坏，控制条件不允许形成 相反的乳浊液， * 顶替法 加入一种乳化剂，将原先的乳化剂从界面顶替出来： ① 形成的乳浊液类型与原来的一致 ② 它本身的表面活性 > 原来的表面活性 ③ 不能形成坚固的保护膜。
常用的去乳化剂： 十 二 烷 基 硫 酸 钠 （ D .S ）， 酸 性 ， 阴 离 子 型 表 面 活 性 剂 溴 代 十 五 烷 基 吡 啶 （ P P B ）， 碱 性 ， 阳 离 子 表 面 活 性 剂
第五章萃取技术.课件
有机溶剂中胶束 的表面活性剂分子的 疏水尾部向外，而亲 水头部向内，称为反 胶束。
当表面活性剂在有机溶剂中形成 反胶束时，水在有机溶剂中的溶解 度随表面活性剂浓度线性增大。
通过测定有机相中平衡水浓度的 变化，可以确定形成反胶束的最低 表面活性剂浓度。
反胶束的形成是表面活性剂分子 自发形成的纳米尺度的聚集体，是热 力学稳定的体系。
K a AH
（5-3）
其中，Ka为弱酸的解离常数；
[AH]和[A-]分别为游离酸和其酸根离 子的浓度。
如果在有机相中溶质不发生缔和， 仅以单分子形式存在，则游离的单分 子溶质符合分配定律，其分配常数为
Aa
AH
AH
（5-4）
其中，AH 表示有机相中游离酸的
浓度，Aa为游离酸的分配常数。
利用一般的分析方法测得的水 相浓度为游离酸和酸根离子的总 浓度，故为方便起见，用水相总
3．物理萃取和化学萃取
物理萃取
定义：溶质根据相似相溶原理在两相间 达到分配平衡，萃取剂与溶质间不发生 化学反应。
应用：广泛应用于抗生素及天然植物中 有效成分的提取。如利用乙酸丁酯萃取 青霉素。
化学萃取
定义：利用脂溶性萃取剂与溶质的化 学反应生成脂溶性复合分子，使溶质 向有机相分配。
应用：用于氨基酸、抗生素和有机酸 等生物产物的分离回收。
液体
双水相萃取
萃取剂
液固萃取（浸取）
固体原料 超临界流体
液体原料
2．反 萃 取
定义：调节水相条件，将目标产物从有机相 转入水相的操作。
作用：为了进一步纯化目标产物或便于后续 分离操作。
洗涤：常常加在萃取与反萃取操作之间，目 的是除去与目标产物同时萃取到有机相的杂 质，提高反萃取液中目标产物纯度。
当表面活性剂在有机溶剂中形成 反胶束时，水在有机溶剂中的溶解 度随表面活性剂浓度线性增大。
通过测定有机相中平衡水浓度的 变化，可以确定形成反胶束的最低 表面活性剂浓度。
反胶束的形成是表面活性剂分子 自发形成的纳米尺度的聚集体，是热 力学稳定的体系。
K a AH
（5-3）
其中，Ka为弱酸的解离常数；
[AH]和[A-]分别为游离酸和其酸根离 子的浓度。
如果在有机相中溶质不发生缔和， 仅以单分子形式存在，则游离的单分 子溶质符合分配定律，其分配常数为
Aa
AH
AH
（5-4）
其中，AH 表示有机相中游离酸的
浓度，Aa为游离酸的分配常数。
利用一般的分析方法测得的水 相浓度为游离酸和酸根离子的总 浓度，故为方便起见，用水相总
3．物理萃取和化学萃取
物理萃取
定义：溶质根据相似相溶原理在两相间 达到分配平衡，萃取剂与溶质间不发生 化学反应。
应用：广泛应用于抗生素及天然植物中 有效成分的提取。如利用乙酸丁酯萃取 青霉素。
化学萃取
定义：利用脂溶性萃取剂与溶质的化 学反应生成脂溶性复合分子，使溶质 向有机相分配。
应用：用于氨基酸、抗生素和有机酸 等生物产物的分离回收。
液体
双水相萃取
萃取剂
液固萃取（浸取）
固体原料 超临界流体
液体原料
2．反 萃 取
定义：调节水相条件，将目标产物从有机相 转入水相的操作。
作用：为了进一步纯化目标产物或便于后续 分离操作。
洗涤：常常加在萃取与反萃取操作之间，目 的是除去与目标产物同时萃取到有机相的杂 质，提高反萃取液中目标产物纯度。
生化工程下游技术知识课件第五章溶剂萃取和浸取
03
浸取技术简介
浸取技术的原理
01
浸取技术是一种分离和提取固体物料中可溶性组分的方法，其 原理是利用溶剂将固体物料中的可溶性组分溶解，然后通过固
液分离，将溶剂和溶解的组分分离。
02
浸取过程中，溶剂和固体物料在一定条件下充分接触，使可溶 性组分从固体物料表面逐渐扩散到溶剂中，形成浓集。
03
浸取过程通常在常温或加热条件下进行，根据不同物料和 组分的性质选择合适的溶剂和操作条件。
萃取剂的再生与循环使用
01
萃取剂的再生与循环使用是溶 剂萃取技术中的重要环节，通 过再生和循环使用可以降低生 产成本、减少环境污染。
02
萃取剂的再生方法包括蒸馏、 结晶、吸附等，根据不同的萃 取剂和分离需求选择合适的再 生方法。
03
为了实现萃取剂的循环使用， 需要将再生后的萃取剂进行纯 化和浓缩，以便再次用于萃取 过程。
浸取技术的应用领域
矿物浸取
通过浸取技术提取矿物中的有价组分，如铜、 金、银等。
固体废弃物资源化
通过浸取技术提取固体废弃物中的有用组分， 实现资源化利用。
植物资源提取
利用浸取技术提取植物中的有用成分，如草 药、茶叶、香料等。
环境治理
利用浸取技术处理环境污染问题，如土壤修 复、水处理等。
04
溶剂萃取与浸取的比较与选择
进料液与萃取剂的混合。
混合过程中还需注意控制温度、压力等参数，以确保萃取过程
03
的稳定性和安全性。
分相过程
分相过程是将混合后的料液与 萃取剂进行分离，使各个组分 得到分离。
分相的方法包括静置分层、离 心分离等，根据不同的分离需 求选择合适的分相方法。
分相过程中需要控制好温度、 压力等参数，以获得较高的分 离效果和纯度。
第五章 萃取
K
C1 萃取相的浓度 C2 萃余相的浓度
弱电解质在有机溶剂-水相的分配平衡
分配系数中CL和CH 必须是同一种分子类型，即不发生缔合 或离解。对于弱电解质，在水中发生解离，则只有两相中的 单分子化合物的浓度才符合分配定律。 例如青霉素在水中部分离解成负离子（青COO－），而在 溶剂相中则仅以游离酸（青COOH）的形式存在，则只有两 相中的游离酸分子才符合分配定律。 此时，同时存在着两种平衡，一种是青霉素游离酸分子在有 机溶剂相和水相间的分配平衡；另一种是青霉素游离酸在水 中的电离平衡（图）。前者用分配系数K0来表征，后者用 电离常数Kp来表征。对于弱碱性物质也有类似的情况。
溶剂传递到固体颗粒表面； 溶剂扩散到固体内部微孔隙中； 溶质溶解到溶剂中； 溶质通过固体微孔隙通道扩散到固体表面，并进入溶剂 主体。 一般而言，第一、二两步都很迅速，不是浸取过程 总速率的控制性步骤。 溶质通过多孔固体的扩散可用有效扩散系数来描述， 而有效扩散系数与Fick定律有关。
浸取的影响因素
施，往往需要将目标产物转移到水相。这种调节
水相条件，将目标产物从有机相转入水相的操作
就称为反萃取（Back extraction)。
萃取液 （待分离物 质＋少量杂质） 洗 涤 剂 待 萃 物 质
料液 （待分离物 质＋杂质
反 萃 剂
萃取剂＋稀释剂
（待返回使用）
萃 取
洗 涤
反 萃 取
萃取剂 ＋稀释剂 产物（待萃物质） 杂质+少量 待萃物质
浸取过程的前加工：
干燥：有助于细胞膜的破裂，溶剂也容易进入细胞内部，直
接溶解溶质。 滚压：将原料滚压成片，使其减小到0.1一0.5mm，则大豆及 许多植物种子的细胞壁极大地破裂，植物油容易进入溶剂。 切片：减小水溶剂从水相主体扩散到每个细胞的距离，细胞
生物分离工程-第五章-萃取技术PPT课件
mCl
[R Cl - ] [Cl - ]
则
mAKeC mlCl1[H K 2][K H 1 K ]2 21
43
-化学萃取平衡之分配平衡（2）
二（2－乙基己基）磷酸萃取氨基酸为例，其所对应的离 子交换反应
A2(H2RA ) R(3H H R )
KeH[A[AR]([(HH3R]R[2)H])]
氨基酸的表观分配系数为
6
生物产品萃取根据分子量大小划分
小分子类 化合物相对分子量约小于1000，如氨基酸、 抗生素、维生素、有机酸等，采用有机溶 剂萃取
大分子类 相对分子量大于1000，如酶，抗体，蛋白 质等，有机溶剂不适用，可选用反胶团萃 取、双水相萃取等
7
工业上生产青霉素
大多采用醋酸丁酯为萃取剂，pH=1.8～2.2， 相比VO/VW=1/2～1/2.5，温度5℃，反萃取过 程采用碳酸氢钾或碳酸钾水溶液为反萃取剂。
A
A+
A+
AA+
A AClA
有机相
R+Cl-
RR++CA-l-
R+Cl-
R+Cl-
R+Cl-
42
化学萃取平衡之分配平衡
季胺盐萃取氨基酸为例，其所对应的离子交换反应
R C lA R A -C l
[RA-][Cl- ] KeCl [RCl- ][A- ]
氨基酸和氯离子对应的表观分配系数分别为
[R A- ] mA cA
51
2、双水相形成
当两种高分子聚合物之间存在相互排斥作 用时，即一种分子周围将聚集同种分子而 排斥异种分子，则在达到平衡时，就形成 分别富含不同聚合物的两相 。
重庆大学生物分离工程_第五章 萃取
聚合物的不相溶性主要是由于聚合物分子的空 间阻碍作用，相互间无法渗透，当聚合物的浓 度达到一定值时，就不能形成单一的水相，所 以具有强烈的相分离倾向。
某些聚合物的溶液与某些无机盐的溶液相混合 时，只要浓度达到一定值，也会形成两相，即 聚合物-盐双水相体系，成相机理尚不清楚，一 种解释为“盐析”作用。
(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。
(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离的物 质。
PEG／盐系统应用得很广泛，主要由于PEG价 格低廉以及该系统选择性。
三步萃取流程示意图
分配在上相中的蛋白质可通过加入适量的盐(有 时也补充适量的PEG)，进行第二次双水相萃 取，目的是除去核酸和多糖，它们的亲水性较 强，因而易分配在盐相中，蛋白质就停留在上 相PEG中。
在第三次萃取中，应使蛋白质分配在盐相(如调 节pH)，以便和主体PEG分离，色素因其憎水 性而通常分配在上相；盐相中的蛋白质可用超 滤法弃除残余的PEG，主体PEG可循环使用。
再如图中，2.2％的葡聚糖水溶液与等体积的0.72 ％甲基纤维素钠的水溶液相混合并静置后，可得 到两个粘稠的液层。
葡聚糖与甲基纤维素钠的双水相体系
上述现象称为聚合物的不相溶性 (incompatibility)。如果多种不相溶的聚合物混 在一起，就可得到多相体系，如硫酸葡聚糖、 葡聚糖、羟丙基葡聚糖和聚乙二醇相混时，可 形成四相体系。
某些聚合物的溶液与某些无机盐的溶液相混合 时，只要浓度达到一定值，也会形成两相，即 聚合物-盐双水相体系，成相机理尚不清楚，一 种解释为“盐析”作用。
(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。
(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离的物 质。
PEG／盐系统应用得很广泛，主要由于PEG价 格低廉以及该系统选择性。
三步萃取流程示意图
分配在上相中的蛋白质可通过加入适量的盐(有 时也补充适量的PEG)，进行第二次双水相萃 取，目的是除去核酸和多糖，它们的亲水性较 强，因而易分配在盐相中，蛋白质就停留在上 相PEG中。
在第三次萃取中，应使蛋白质分配在盐相(如调 节pH)，以便和主体PEG分离，色素因其憎水 性而通常分配在上相；盐相中的蛋白质可用超 滤法弃除残余的PEG，主体PEG可循环使用。
再如图中，2.2％的葡聚糖水溶液与等体积的0.72 ％甲基纤维素钠的水溶液相混合并静置后，可得 到两个粘稠的液层。
葡聚糖与甲基纤维素钠的双水相体系
上述现象称为聚合物的不相溶性 (incompatibility)。如果多种不相溶的聚合物混 在一起，就可得到多相体系，如硫酸葡聚糖、 葡聚糖、羟丙基葡聚糖和聚乙二醇相混时，可 形成四相体系。
第五章生物产品萃取技术
这种溶剂溶质之间的作用力随着分子靠近而强烈的增加，分
子间作用力越大，溶质的溶解度越大。超临界流体的密度越 接近液体的密度，因此对溶质的溶解能力与液体基本相同。
压力越大，超临界流体的密度越大，对溶质的溶解度也就越
大。当改变条件，随着压力的降低，超临界流体的密度减小， 溶解度急剧减小，溶质释放出来。
由此可见，在保持温度恒定条件下，通过调节压力来控 制超临界流体的萃取能力或保持压力不变改变温度来提高其 萃取能力。
(2)溶解力与P．T的关系 (P83) 超临界CO2的溶解力受P和T
的影响较大。压力P增加，超临界C02的密度增加，溶解力
也相应增加，其实验的结果也是如此。以超临界CO2 萃取
沙棘油为例，T＝39℃，P＝15MP时，油的收率为88.0％， 同样温度下，增加压力P＝25MPa时，油的收率增加到90.7 ％。但一般当压力在40MP时，超临界CO2 的溶解力就达到 了实际所能获得的最高限。
反胶团萃取的优点
在反胶束内部包含了水溶液，蛋白质等生物分子
萃取后进入反胶团内部的“水池” 中，避免了与 有机溶剂直接接触，反胶束内的微环境与生物膜 内相似，故能很好保持其生物活性，解决了蛋白 质在有机溶剂中容易变性失活和难溶于有机溶剂 的问题，为蛋白质的提取和分离开辟了一条新的 途径。 成本低，有机溶剂可反复使用；容易放大和实现 连续操作。 反胶束萃取是一条具有工业发展前景的蛋白质分 离技术。
聚乙二醇、聚乙烯醇、葡聚 糖（Dex）、羟丙基葡聚糖
聚乙二醇（PEG） 聚乙烯醇、葡聚糖 高聚物/无机盐体系 高聚物/聚电解质体 系 聚电解质/聚电解质 体系 聚乙二醇 硫酸葡聚糖钠盐 硫酸镁、硫酸铵、硫酸钠、 磷酸钾、酒石酸钾钠 甲基纤维素
羧甲基葡聚糖钠盐 羧甲基纤维素钠盐
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
分配系数或分配比
m c2,t c1,t
（5-2）
其中，c1,t和c2,t为溶质在相1和相2中的总摩 尔浓度，m为分配系数。
第二节 溶剂萃取
特点：处理量大、能耗低、速度快，且 易于实现连续操作和自动化控制。
应用：生物产物分离中用于抗生素、有 机酸、维生素等发酵产物的提取。
一．弱电解质的分配平衡
例：
利用季铵盐(如氯化三辛基甲铵，R+Cl-)为 萃取剂萃取氨基酸时，阴离子氨基酸(A-)通 过与萃取剂在水相和萃取相间发生下述离子 交换反应而进入萃取相。
R Cl A R A Cl
其中横杠表示该组分存在于萃取相。
A c2 c1
二．分配定律与分配平衡
分配定律即溶质的分配平衡规律，即：
3．物理萃取和化学萃取
物理萃取
定义：溶质根据相似相溶原理在两相间 达到分配平衡，萃取剂与溶质间不发生 化学反应。
应用：广泛应用于抗生素及天然植物中 有效成分的提取。如利用乙酸丁酯萃取 青霉素。
化学萃取
定义：利用脂溶性萃取剂与溶质的化 学反应生成脂溶性复合分子，使溶质 向有机相分配。
应用：用于氨基酸、抗生素和有机酸 等生物产物的分离回收。
（5-8）
二．化学萃取平衡
氨基酸等两性电解质不能采用物理 萃取，而需采用化学萃取方法。
常用氨基酸的萃取剂有季铵盐类 （如氯化三辛基甲铵）、磷酸酯类等。
氨基酸解离平衡为
其中K1和K2为解离平衡常数。分 别用A、A+、A-表示偶极离子、阳 离子、阴离子型氨基酸。
A H K1 A
K2
A H
通过调节水相的pH值，控制溶质的 分配行为，从而提高萃取率的方法已广 泛应用于抗生素和有机酸等弱电解质的 萃取操作。
操作时需要注意的是pH值应尽量选 择在使产物稳定的范围内。
➢ 温度
温度是影响溶质分配系数和萃取速 度的重要因素。选择适当的操作温度， 有利于目标产物的回收和纯化。
由于生物产物在较高温度下不稳定， 故萃取操作一般在常温或较低温度下进 行。
第五章 萃取技术
第一节 萃取技术概述
一．基本概念
1．萃取 2．反萃取 3．物理萃取和化学萃取
1. 萃 取
萃取原理：利用溶质在互不相溶两相间分配系 数的不同使溶质得到纯化或浓缩。
萃取技术的发展 传统有机溶剂萃取
液膜萃取、反胶束萃取
双水相萃取、超临界流体萃取
萃取技术的分类
有机溶剂萃取
反胶束萃取 液液萃取
弱电解质在水相中发生不完全解离， 仅仅是游离酸或游离碱在两相产生分配平 衡，而酸根或碱基不能进入有机相。
萃取达到平衡状态时，一方面弱电解 质在水相中达到解离平衡，另一方面未解 离的游离电解质在两相中达到分配平衡。
Ka
A H
AH
弱酸性电解质的解离平衡关系为：
AH A H
解离平衡常数为
A H
mA
K eCl6）
三．溶剂萃取操作
1．水相物理条件的影响
水相pH值 温度 无机盐
➢ 水相pH值
无论是物理萃取还是化学萃取， 水相pH值对弱电解质分配系数均具 有显著影响。
物理萃取时，弱酸性电解质的分 配系数随pH降低而增大，而弱碱性 电解质则正相反。
水相pH值对青霉素分配系数的影响
➢ 无机盐
无机盐的存在可降低溶质在水相中的溶 解度，有利于溶质向有机相中分配；另一 方面可降低有机溶剂在水中的溶解度。
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，则其在两相中
的平衡浓度（摩尔浓度）之比为常数，
即
A c2 c1
A称为分配常数。
（5-1）
多数情况下，溶质在各相中并非以同一种 分子形态存在，特别是在化学萃取中。
因此，萃取过程中常用溶质在两相中的总
浓度之比表示溶质的分配平衡，该比值称为
液膜萃取
液体
双水相萃取
萃取剂
液固萃取（浸取）
固体原料 超临界流体
液体原料
2．反 萃 取
定义：调节水相条件，将目标产物从有机相 转入水相的操作。
作用：为了进一步纯化目标产物或便于后续 分离操作。
洗涤：常常加在萃取与反萃取操作之间，目 的是除去与目标产物同时萃取到有机相的杂 质，提高反萃取液中目标产物纯度。
K a AH
（5-3）
其中，Ka为弱酸的解离常数；
[AH]和[A-]分别为游离酸和其酸根离 子的浓度。
如果在有机相中溶质不发生缔和， 仅以单分子形式存在，则游离的单分 子溶质符合分配定律，其分配常数为
Aa
AH
AH
（5-4）
其中，AH 表示有机相中游离酸的
浓度，Aa为游离酸的分配常数。
利用一般的分析方法测得的水 相浓度为游离酸和酸根离子的总 浓度，故为方便起见，用水相总
A
（5-9） （5-10）
利用阴离子交换萃取剂氯化三辛基
甲铵(TOMAC，记作R+Cl-)，只有阴离
子型氨基酸与萃取剂发生离子交换反
应，反应平衡常数为
KeCl
R A Cl A R Cl
（5-11）
氨基酸和Cl-的表观分配系数分别为
mA
R A cA
（5-12）
mCl
R Cl Cl
（5-13）
其中，mA和mCl分别为氨基酸和氯离子 的分配系数，cA为水相氨基酸总浓度
cA A A A （5-14）
从式(5-9)至(5-14)可推导出下式
（5-15） mA KeClmCl (1
H K2
H
2
) 1
K1 K 2
事实上，阴离子氨基酸的离子交换反应需
在高于其等电点的pH范围内进行，所以式 （5-14）中的[A+]可忽略不计，式(5-15)简 化成下式
青霉素是较强的有机 酸，较低pH有利于青霉 素在有机相中的分配，当 pH大于6.0时，青霉素几 乎完全分配于水相中。
选择适当的pH，不仅 有利于提高青霉素的收率， 还可根据共存杂质的性质 和分配系数，提高青霉素 的萃取选择性。
红霉素是碱性电解质，在乙酸乙酯 和pH9.8的水相之间分配系数为44.7，而 水相pH降至5.5时，分配系数为14.4。
浓度c表示酸的浓度，即
c AH A
（5-5）
合并上述三式，可得到有机相 中游离酸浓度：
AH
Aa c
Ka
H
H
（5-6）
设有机相中的浓度 c 和水相中浓
度c之比为分配系数，则
ma
Aa
Ka
H H
该式还可表示为
（5-7）
log( Aa ma
1)
pH
pK a
其中，pKa＝-logKa