第6讲(溶剂萃取)分解
溶剂萃取分离法

溶剂萃取分离法萃取分离法包括液相-液相、固相-液相和气相-液相等几种方法,但应用最广泛的为液-液萃取分离法(亦称溶剂萃取分离法)。
该法常用一种与水不相溶的有机溶剂与试液一起混合振荡,然后搁置分层,这时便有一种或几种组分转入有机相中,而另一些组分则仍留在试液中,从而达到分离的目的。
溶剂萃取分离法既可用于常量元素的分离又适用于痕量元素的分离与富集,而且方法简单、快速。
如果萃取的组分是有色化合物,便可直接进行比色测定,称为萃取比色法。
这种方法具有较高的灵敏度和选择性。
一、萃取分离的基本原理(一)萃取过程的本质根据相似相溶规则,将物质由亲水性转化为疏水性。
极性化合物易溶于极性的溶剂中,而非极性化合物易溶于非极性的溶剂中,这一规律称为“相似相溶原则”。
例如I2是一种非极性化合物、CCl4是非极性溶剂,水是极性溶剂,所以I2易溶于CCl4而难溶于水。
当用等体积的CCl4从I2的水溶液中提取I2时,萃取百分率可达98.8%。
又如用水可以从丙醇和溴丙烷的混合液,萃取极性的丙醇。
常用的非极性溶剂有:酮类、醚类、苯、CCl4和CHCl3等。
无机化合物在水溶液中受水分子极性的作用,电离成为带电荷的亲水性离子,并进一步结合成为水合离子,而易溶于水中。
如果要从水溶液中萃取水合离子,显然是比较困难的。
为了从水溶液中萃取某种金属离子,就必须设法脱去水合离子周围的水分子,并中和所带的电荷,使之变成极性很弱的可溶于有机溶剂的化合物,就是说将亲水性的离子变成疏水性的化合物。
为此,常加入某种试剂使之与被萃取的金属离子作用,生成一种不带电荷的易溶于有机溶剂的分子,然后用有机溶剂萃取。
例如Ni2+在水溶液中是亲水性的,以水合离子Ni(H2O)62+的状态存在。
如果在氨性溶液中,加人丁二酮肟试剂,生成疏水性的丁二酮肟镍螯合物分子,它不带电荷并由硫水基团取许代了水合离子中的水分子,成为亲有机溶剂的硫水性化合物,即可用CHCl3萃取。
(二)分配系数设物质A在萃取过程中分配在不互溶的水相和有机相中:A有= A水在一定温度下,当分配达到平衡时,物质A在两种溶剂中的活度(或活度)比保持恒定,即分配定律可用下式表示:K D=[A]有/[A]水式中K D称为分配系数。
溶剂萃取化学 ppt课件

HA (o) 缔合 (HA)i
HAcO HAc
可见k d和D是不同的
ppt课件 15
例2
DCo
Co(原) Co(萃余液) Co(萃余液)
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16
例3:碘在CCl4和H2O中的分配过程
在水溶液中: I2 + I- I3I2分配在两种溶液中:I2(w) I2(o)
— 又如:二安替比林甲烷(DAPM)萃取钴,生成能溶于 CoCl2 4 CHCl3的(DAPM)·H2[Co(SCN)4]。 萃取剂: DAPM;萃取溶剂: CHCl3; 助萃剂: SCN-
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c 萃取剂:易溶于有机溶剂,与被萃取物发生化学结合,形 成易溶于有机溶剂的配合物的有机试剂 P204 TBP ;或指 能与亲水性物质反应生成可被萃取的疏水性物质的试剂。
ppt课件 33
萃取体系的表示方法: 被萃取物(浓度)/水相组成/有机物组成
2 UO2 ( 102 ~ 104 mol/ L) / HNO3、NaClO4、EDTA/ 20%TBP — C6 H6
萃取体系按机理可分为:a简单分子萃取体系b中性络合萃 取体系c酸性络合萃取体系 d 离子缔合萃取体系 e协同萃取 体系(1+1>2)
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12
缺点:
有机溶剂易挥发,多对人体有害。 手工操作比较麻烦,费时。 分离效率不高(比LC小23个数量级)。
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2 分配比D和分配系数kd Nerst定律 在给定的温度下,如果被萃取物在两相中分 子形式相同,则达到萃取平衡时被萃取物在两互不相溶的 两相中的浓度比值为一常数 分配比在一定条件下,当达到萃取平衡时,被萃物质在有 M O k 机相和在水相的总浓度之比。 d M
有机溶剂萃取PPT课件

因此基因工程产品的商业化迫切需要 开发适合大规模生产的、经济简便的、 快速高效的分离纯化技术。其中双水相 萃取技术(two-aqueous phase extraction,ATPS),又称水溶液两相分配 技术(Partion of two aqueous phase extraction)是近年来出现的引人注目、 极有前途的新型分离技术。
双水相萃取法和传统的分离方法(如盐析或有机 溶剂沉淀等)相比也有很大的优势,如以β-半乳
糖苷酶为例,用沉淀或双水相萃取纯化的比较 见下表。
双水相系统:某些亲水性高分子聚合物的水溶液超过一定浓度后可形成两相系
统。
利用物质在不相溶的,两水相间分配系数的差异进行萃取的方法
应用:蛋白质特别是胞内蛋白质的分离纯化。
例如,PEG/KPi系统中上、下相(或称轻重相)的PEG和磷酸钾浓度以及Cl离子在上、下相中 的分配平衡随添加NaCl浓度的增大而改变。这种相组成即相性质的改变直接影响蛋白 质的分配系数。离子强度对不同蛋白质的影响程度不同,利用这一特点,通过调节双 水相系统中的盐浓度,可有效地萃取分离不同的蛋白质。
萃取是生物分离中常用的单元操作
原料 前处理
生物反应 工程
生物分离 工程
产品
固
分
纯
精
液 分
离 提
化
制
离
取
利用在两个互不相溶的液相中各种组分(包括目的产物)溶解度的不同,从而达
到分离的目的
相似相溶的原理,选择与目的物结构相近
的溶剂
分子结构相似:组成,官能团
根据萃取目标物的介电常数寻找极性相近的溶剂为萃取溶剂.
4)带溶剂:它们能与产物形成复合物,使产物易溶于有机溶剂中.复合物在一定条件下
§6-3溶剂萃取分离法

萃取过程的本质是将物质由亲水性变为疏水性的过程。
2、分配系数和分配比
一定温度下,溶质A在水相和有机相达平衡 A(水) A(有)
[A]有 [A]水
=
KD
——分配定律. KD叫分配系数,只与温度有关。
分配定律适用条件:
×
DA
−
)
1 2
<例> DA=1000 DB=0.1 CAO=CBO
Vr=(1000×0.1)-1/2=0.1 EA= 99% EB=1%
二、溶剂萃取的类型和萃取条件
金属离子与萃取剂结合的方式不同,可分为三类:
1. 形成螯合物萃取
螯合剂为有机酸,形成的螯合物不溶于水。
HL 有
MLn
水 ① KDHL HL
(2) 如果A为有机酸,在水中发生离解
HA 有 水
HA
H+ + A-
[ ] [ ] D = (c HA )有 = [ ] [ ] (c HA )水
HA 有 = K Dδ HA = K D
HA 水
H+
+
H
+ Ka
δ HA
当[H+]>Ka 时
D=KD
有机弱酸(碱)萃取,注意溶液的pH值。
(3) A在有机相中聚合
(1)稀溶液,此时可用浓度代替活度。
(2)A在两相中均以单一形式存在,无其它副反应。
(cA )有 (cA )水
=
D
D 叫分配比,当在两相中以单一形 式存在,溶液又稀时 KD=D 。
(1) 在水相中络合,非单一形式存在:
萃取分离讲解 ppt课件

● 溶剂萃取 ● 索氏萃取(提取) ● 微波萃取
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1
§4.1 溶剂萃取(Solvent extraction)
溶剂萃取是利用液-液界面的平衡分配关系 进行的分离操作。液液界面的面积越大,达 到平衡的速度也就越快。因此要求两相的液 滴应尽量细小化。平衡后,各自相的液滴还 要集中起来再分成两相。通常溶剂萃取指物 质由水相转入另一与水相不互溶的有机相后 实现分离的方法。
M n nHR有 MRn有 nH
Kex
[ MRn ]有 [ H ]n [ M ][ HR]n有
当萃取反应达到平衡时,金属离子在两相中的分
配比为:
[
D
[
CM ]有
[ MRn ]有
CM ]水 [ M n ] [ MRn ]
上式可进一步简化:
D
[ MRn ]有 [ M n ]
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6
Ni2+
CH3 C N OH
+2
Ni(H2O)62+
CH3 C N OH
丁二酮肟
H
O
O
CH3 C N
N C CH3
Ni
CH3 C N
N C CH3
O
O
H
中和电荷
NiDx2/CHCl3
引入疏水基
萃取剂----“运载工具”
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7
亲水性水合阳离子→中性疏水螯合物→ 萃入有机相
+
8-羟基喹啉
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28
索氏 (Soxhlet) 萃取器
常将试样置于索氏萃取器中,用 溶剂连续抽提,然后蒸出溶剂, 便可达到含量较原试样增加上百 倍的试液,有利于后续的测定。
第六章溶剂萃取法

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)
③物理萃取和化学萃取:物理萃取的理论基础是 分配定律,而化学萃取服从相律及一般化学反 应的平衡定律。
溶剂萃取概述
萃取的基本概念
萃取法是利用液体混合物各组分在某有机溶剂中 的溶解度的差异而实现分离的。 料液:在溶剂萃取中,被提取的溶液, 溶质:其中欲提取的物质, 萃取剂:用以进行萃取的溶剂, 萃取液:经接触分离后,大部分溶质转移到萃 取剂中,得到的溶液, 余液:被萃取出溶质的料液。
溶剂萃取概述
实验室液液萃取过程
分液漏斗
有机相 水相
一般工业液液萃取过程
萃取液 (待分离物 质+少量杂质 洗 涤 剂 萃 取 洗 涤 反 萃 剂 待 萃 物 质 萃取剂+稀释剂 (待返回使用) 反 萃 取
料液 (待分离物 质+杂质
萃取剂 +稀释剂 杂质+少量 待萃物质
产物(待萃物质) 萃残液 (杂质)
生物萃取与传统萃取相比的特殊性
生物工程不同于化工生产,主要表现在生物分离 往往需要从浓度很稀的水溶液中除去大部分的水, 而且反应液中存在多种副产物和杂质,使生物萃 取具有特殊性。
① ② ③ ④
成分复杂 传质速率不同 相分离性能不同 产物的不稳定性
溶剂萃取法的特点
萃取过程有选择性 能与其它步聚相配合
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。 β=
KA
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-),而在有机 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18-2)。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。
第6讲 萃取和分液精练

到热的蒸发皿底部
Hale Waihona Puke 没有打开分液漏斗活塞,或玻 分液:分液漏斗中 B 的液体难以滴下 璃塞上凹槽与漏斗口侧面的
小孔没有对齐
选项
异常情况
可能原因分析
冷凝管没有通水或先加热后
C
蒸馏:冷凝管破裂 通水
萃取:液体静置不 D
分层
加入萃取剂的量较多
9.完成下列实验所选择的装置、试剂都正确的是( )
10.阅读下列材料,按要求回答问题。
灯、玻璃棒、量筒、蒸发皿、圆底烧瓶、火柴。不能进行的
实验操作是 ( )
A.蒸发
B.萃取
C.过滤
D.蒸馏
7.下列分离和提纯的实验中,所选用的方法或仪器不 正确的是( )
8.下列实验过程中出现的异常情况,其可能原因分析
错误的是( )
选项
异常情况
可能原因分析
蒸发结晶:蒸发皿 将溶液蒸干或酒精灯灯芯碰
A 破裂
5.现有三组溶液:①汽油和氯化钠溶液;②39% 的酒 精溶液;③氯化钠和单质溴的水溶液,分离以上各混合液的 正确方法依次是( )
A.过滤 萃取 分液 B.萃取 分液 蒸馏 C.分液 蒸馏 萃取 D.萃取 蒸馏 分液
6.某实验小组只领取到下列仪器和用品:铁架台、铁
夹、铁圈、三脚架、石棉网、烧杯、漏斗、分液漏斗、酒精
酒精、苯、CCl4、煤油都是有机溶剂,有机溶剂之间大
都能互溶;碘(I2)难溶于水,易溶于有机溶剂,其溶液呈紫
色;溴(液溴)的性质与碘相似,其溶液呈橙色。
(1)下列能用分液漏斗进行分离的是___D_____。
A.液溴和 CCl4
B.酒精和煤油
C.CaCl2 和 Na2SO4 D.苯和蒸馏水
溶剂萃取分离法课件

缺点
萃取剂消耗量大
溶剂萃取分离法需要使用大量的有机溶剂作为萃取剂,增加了成 本和环境负担。
有机溶剂残留
在萃取过程中,有机溶剂可能会残留在目标物质中,影响产品质量 。
操作条件要求高
溶剂萃取分离法的操作条件如温度、压力、搅拌等要求较高,需要 严格控制。
改进方向
开发高效萃取剂
通过研发新型的高效萃取剂,降低溶剂用量 ,提高萃取效率。
优化实验条件
通过实验试错,优化实验条件, 提高萃取效率,减少实验时间。
01
确定目标
明确实验的目标,是分离某种特 定物质,还是进一步纯化某个样 品。
02
03
04
设计实验流程
确定萃取剂的用量、萃取的次数 、萃取剂的回收等实验流程。
实验仪器的准备和操作
01
02
03
04
准备实验仪器
包括分液漏斗、旋转蒸发器、 玻璃砂漏斗等萃取实验所需仪
生物学研究
在生物学研究中,溶剂萃 取法可用于提取生物组织 中的活性成分,如药物、 毒素和激素等。
环境监测
在环境监测中,溶剂萃取 法可用于提取水体和土壤 中的有害物质,如重金属 、有机污染物等。
在环境保护中的应用
废水处理
溶剂萃取法可用于处理废水中的 有害物质,如重金属、有机污染 物等,降低废水对环境的危害。
土壤修复
在土壤修复中,溶剂萃取法可用于 提取土壤中的有害物质,如重金属 、有机污染物等,提高土壤的环境 质量。
大气污染控制
在大气污染控制中,溶剂萃取法可 用于去除空气中的有害气体和颗粒 物,提高空气质量。
04
溶剂萃取分离法的实验技术和操作 步骤
实验方案的设计和优化
选择合适的萃取剂
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分配比(D) 因为同一物质的每种形态在两相中的分配系数都不一样。 故分配比定义为某种物质在两相之间各形态总浓度的比值。
D
CoArg CaAq
[ Ai ]org
i
[ Ai ]aq
i
分配比不一定是常数,随实验条件(pH,萃取剂,溶 剂,盐析剂等)而变化。
当溶质在两相中只有一种形态时,D=KD
3. 萃取率(E)
E%
溶质在有机相中的量 溶质在两相中的总量
100%
对于一次萃取:
E%
CorgVorg
100%
CorgVorg CaqVaq
以CaqVorg除上式,得:
E%
Corg / Caq
100%
D
100%
Corg / Caq Vaq /Vorg
D Vaq /Vorg
可见:E得大小取决于分配比和相比(两相体 积比)
对于单一形态溶质,D=KD ,于是有:
A,B
K
A D
K
B D
6.2 主要萃取体系
1.萃取过程
(1) 在水相中可萃取络合物的生成和 水相中发生的化学变化
(2) 可萃取络合物在水相和有机相间的分配平衡
(3) 可萃取络合物在有机相中发生的化学反应 (聚合,离解,与其它组分反应)
2. 萃取体系的分类 基于元素萃取到有机相的形式分类
当相比为1(即Vaq=Vorg)时:
E% D 100% D 1
• 对于分配比D较小的物质,可以通过减小相比(即增加 有机溶剂体积)来提高萃取率,但这种作用不明显。
• 而且,增大有机溶剂体积会使有机相中的溶质浓度降 低,不利于后继分离和测定工作。
• 所以,通常是采用多次萃取或连续萃取来提高萃取率。
缺点 • 有机溶剂易挥发,多对人体有害 • 手工操作比较麻烦,费时 • 分离效率(柱效)不高。(比LC小2-3个数量级)
6.1 基本概念
1. 分配平衡常数
(A)H2O (A)org
(萃取)分配常数KD
KD
[ A]org [ A]H 2O
KD为常数的条件:
溶质A在溶液中的浓度极低;
A在两相中的分子形态相同;
多次萃取
可推导出(请自己推导)经n次萃取后,水相中残留溶 质A的平衡浓度Cn为:
Cn
C0
( Vaq /Vorg Vaq /Vorg
)n D
当Vaq=Vorg时:
Cn
C0
1 (1 D)n
式中C0为水相中A的最初浓度,即总浓度。
4. 分离系数(分离因子)
A,B
DA DB
CoArg CoBrg
/ CaAq / CaBq
热力学分配平衡常数K0
K0
org aq
[ A]org org [A]aq aq
K
D
org aq
KD也称(萃取)分配系数
化学势与K0 平衡时:org= aq
即:
0
RT ln aq
ln org
0 org
a0q
aq
RT
K0
exp[
0 org
a0q ]
RT
2. 分配比
反萃取—被萃物进入有机相后,再用水相将其中部分组 分萃取出来。主要目的是把随目标物质进入有机相的杂 质除掉。
溶剂萃取法的发展过程
• 19世纪中叶人们就知道用有机溶剂萃取某些无机物。 如1842年Peligot用二乙醚萃取硝酸铀酰。
• 1872年Berthelot和Jungfleisch根据经验提出了液-液分配 的定量关系。 • 1891年Nernst从热力学观点出发阐明了液-液分配的定 量关系。
温度一定。
碘在水和CCl4之间的分配(25C)
[I2]H2O, mol/L
0.114810-2 0.076210-2 0.050010-2 0.032010-2
[I2]CCl4, mol/L
10.0910-2 6.5210-2 4.2610-2 2.7210-2
KD 87.89 85.54 85.20 85.00
当溶质在某一相或两相中发生离解,缔合,配位或离 子聚集现象时,同一溶质在同一相中就可能存在多种 形态。如OsO4在CCl4/H2O体系中分配时,出现下列情 况。 OsO4在水中水解
OsO4 + H2O HOsO5-+H+ HOsO5- OsO52- +H+ OsO4在CCl4中聚集
4 OsO4 (OsO4)4 水相形态: OsO4 , HOsO5- , OsO52- CCl4相形态: OsO4 ,(OsO4)4
化学作用。
溶剂萃取(solvent extraction)
• 溶于某一液相中的组分,在与第二液相接触后转入第二 液相的过程。又称液-液萃取。通常是水相-有机相。
• 利用组分在两互不相溶的溶剂之间的分配行为的差异 进行分离的方法
萃取—泛指任意两相间的传质过程,包括液-固萃取 (固相萃取),SFE,逆流(色谱)萃取等等。
• 中性配合萃取体系(简单分子萃取体系) • 阳离子交换萃取体系(螯合萃取体系) • 离子缔合萃取体系 • 协同萃取体系 • 其他萃取体系(如高温萃取体系)
6.2.1 中性配合萃取体系
1. 特点 • 被萃取物在水相中以中性分子形式存在 • 萃取剂也是中性分子(含有适当配位基团) • 被萃取物与萃取剂形成中性配合物
TBP-煤油体系从硝酸溶液中萃取硝酸铀酰 被萃取物形式:UO2(NO3) 2
(铀的其他形态如UO22+, UO2NO3+等不被萃取) 萃取剂:TBP(磷酸三丁酯) 中性配合物: UO2(NO3) 2·2TBP
6.2.1 中性配合萃取体系
2. 中性配合萃取剂
中性含磷萃取剂: 磷酸酯;膦酸酯;次膦酸酯;膦氧化物;焦磷酸酯; 膦的有机衍生物
• 20世纪40年代以后,溶剂萃取走向成熟(完善的理论 体系,丰富的萃取模式,广泛的应用领域)。
溶剂萃取的优缺点
优点 • 仪器设备简单,操作方便; • 分离选择性高; • 应用范围广。既可以用于无机物萃取,又可用于有机物 萃取。既可进行大量物质分离,又可用于微量组分的富集。 •处理量大,适合工业规模分离,易于实现连续自动操作。
第6章 溶剂萃取分离法
6.1 基本概念 6.2 主要萃取体系 6.3 影响萃取的各种因素 6.4 溶剂萃取方法 6.5 胶体萃取 6.6 双水相萃取
实例
CCl4
I2水溶液
H2O I2 / CCl4
这是因为I2在CCl4中的溶解度大于它在水中的溶 解度,I2在相间的转移过程是物理过程。而更多 的情况下,被萃取对象要与试剂(萃取剂)发生
中性含氧萃取剂: 酮,酯,醇,醚等,如MIBK(甲基异丁基酮)