液-液萃取法

思考题 1 衡量分离效果的因素主要是哪些？ 2 试述影响萃取效果的主要因素？ 3 选择萃取溶剂时还应考虑哪些方面？ 4 请详述产生乳化的原因及消除乳化的具体措施？ 5 系统分析法中萃取操作中的三部位法和四部位法常用的溶剂各是何物？

一 液-液萃取法

1 液－液萃取原理 液-液萃取法即两相溶剂提取，是利用混合物中各组分在两种互不相溶的溶剂中分配系数的不间而达到分离目的的方法。简单的萃取过程是将萃取剂加入到样品溶液中，使其充分混合，因某组分在萃取剂中的平衡浓度高于其在原样品溶液中的浓度，于是这些组分从样品溶液中向萃取剂中扩散，使这些组分与样品溶液中的其他组分分离。 组分A在两相间的平衡关系可以用平衡常数K来表示：K＝CA/CA。 式中CA: 组分A在苯取剂中的浓度； CA:组分A在原样品溶液中的浓度。这就是分配定律。对于液一液萃取，K通常称为分配系数，可将其近似地看做组分在萃取剂和原样品溶液中的溶解度之比。 物质在萃取剂和原溶液中的溶解度差别越大，K值越大，萃取分离效果越好。当K≥100时，所用萃取剂的体积与原溶液体积大致相等时，一次简单萃取可将99%以上的该物质萃取至萃取剂中，但这种情况往往很少。K值取决于温度、溶剂和被萃取物的性质，而与组分的最初浓度、组分与溶剂的质量无关。 萃取过程的分离效果主要表现为被分离物质的萃取率和分离纯度。萃取率为萃取液中被萃取的物质与原溶液中该物质的溶质的量之比。萃取率越高，表示萃取过程的分离效果越好。

1.1 影响萃取效果的因素 影响分离效果的主要因素包括:萃取剂、被萃取的物质在萃取剂与原样品溶液两相之间的平衡关系(主要表现为被萃取物质在萃取剂与原样品溶液两相中的溶解度差别)、在萃取过程中两相之间的接触情况。被萃取物质在一定的条件下，主要决定于萃取剂的选择和萃取次数。

1.1.1萃取溶剂的选择 萃取剂对萃取效果的影响很大，萃取溶剂选择的主要依据是被萃取的物质的性质，相似相溶原理是萃取剂选择的基本规则。选择萃取溶剂时还应考虑以下几个方面。 (1)分配系数 被分离物质在萃取剂和原溶液之间的分配系数是选择萃取剂首先应考虑的问题(可以根据被分离物质在萃取剂和原溶液中的溶解度来做大致判断)。分配系数K大，表示被萃取组分在萃取相的组成高(被萃取物质在萃取剂中的溶解度大)，萃取剂用量小，溶质容易被萃取出来。 (2)密度 在液－液萃取中两相间应保持一定的密度差，以利于两相的分层。 (3)界面张力 萃取体系的界面张力较大时，细小的液滴比较容易聚集，有利于两相的分离，但界面张力过大，液体不易分散，难以使两相很好地混合;界面张力过小时，液体易分散，但易产生乳化现象使两相难以分离。因此，应从界面张力对两相混合与分层的影响综合考虑，一般不易选择界面张力过小的萃取剂。 (4)黏度 萃取剂黏度低，有利于两相的混合与分层，因而黏度低的萃取剂对萃取有利。 (5)其他萃取剂 应有良好的化学稳定性，不易分解和聚合。一般选择低沸点溶剂，以利于萃取剂容易与溶质分离和回收，且毒性应尽可能低，此外，价格、易燃易爆性、购买难度等都应加以考虑。 常用的萃取溶剂有石油醚、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、乙醚及正丁醇等。如果在水溶液中的有效成分是不溶于水的亲脂性物质，一般多用亲脂性有机溶剂，如苯、石油醚做萃取剂。 较易溶于水的甾体、黄酮等物质用氯仿、乙醚、二氯甲烷等进行萃取;偏于亲水性的物质，在亲脂性溶剂中难溶解，就用弱亲脂性的溶剂。如乙酸乙醋、丁醇、水饱和的正丁醇等。混合溶剂的萃取效果常比单一溶剂好得多。乙醚一苯、氯仿一乙酸乙酯(或四氢呋喃)都是良好的混合溶剂，也可以在氯仿、乙醚中加入适量的乙醇或甲醇制成亲水性较大的混合溶剂来萃取亲水性成分。一般有机溶剂亲水性越大，与水两相萃取时的效果就越不好，因为亲水性大的有机溶剂能使较多的亲水性杂质伴随而出，当从水相萃取有机物时，向水溶液中加入无机盐能显著提高萃取效率，这是由于加入无机盐后降低了被提取组分在水中的溶解度，从而使被提取组分在两相的分配系数发生了变化。对于酸性萃取物常向水溶液中加入硫酸铵，对于中性和碱性物质应向水溶液中加入氯化钠。 实际应用中常采用一些可以与被萃取物质反应的酸、碱作为苯取剂。例如，用10%的碳酸钠水溶液可以将有机羧酸从有机相萃取到水相，而不会使酚性物质转化为溶于水的酚钠，所以酚性物质仍留在有机相。但用5%~10%的氢氧化钠水溶液可以将羧酸和酚性物质一起萃取到水相，用5%~10%稀盐酸可以萃取有机氨类。

1.1.2萃取次数的影响 根据分配定律，当萃取剂用量一定时，萃取次数越大，溶液中被萃取物的总量则越小，萃取效果就越好。操作时可将全部萃取剂分为多次萃取比一次全部用完萃取效果好。但当萃取总量不变时，萃取次数增加，每次萃取剂的用量就要减小，当萃取次数达到或超过 5时，萃取次数与每次萃取时萃取剂的用量这两种因素的影响几乎抵消，再增加萃取次数，溶液中被萃取物的总量变化很小。所以一般同体积溶剂分3~5次萃取即可。 两相溶剂萃取在操作时的注意事项 1 萃取前先用小试管做预试验，观察萃取后二液相分层现象和萃取效果。如果容易产生乳化，大量萃取时要避免猛烈震摇，可通过延长萃取时间达到萃取效果。检查不同溶剂的萃取效果可以通过薄层色谱法。 2 样品水溶液的相对密度最好在1. 1 ~1. 2之间，过稀则溶剂用量太大影响操作，并且有效成分的回收率低，过浓则提取不完全。 3 溶剂与样品水溶液应保持一定的比例，第一次提取时溶剂要多一些，一般为样品水溶液的1/3，以后的用量可以少一点，一般为1/4~1/5。 4 萃取溶液呈碱性时，常出现乳化现象，有时由于在水溶液中有少量轻质沉淀，两相密度接近，两液相部分互溶等都会引起分层不明显或不分层。此时，可以长时间静置；或加入食盐增加水相的密度，使絮状物溶于水中，迫使有机物溶于有机相萃取剂中；或用玻璃棒不断搅拌进行机械破乳；有时由于两相溶剂的比例正好使两相溶剂完全乳化，这时应加入其中一种溶剂改变原来的溶剂比例，然后再进一步破乳。如果上述方法不能将乳化层破坏，在分液时，应将乳化层与萃余相(水层)一起放出，再进行萃取。也可将乳化层单独分出，再用新溶剂萃取；或将乳化层抽滤；或将乳化层稍稍加热；超声乳化层等等； 5 一般萃取3~4次即可。但亲水性成分不易转入有机溶剂层时，需增加萃取次数。具体萃取次数可以通过薄层色谱法来确定。 6 微量萃取时用离心试管，萃取后用滴管将萃取相吸出； 7 小量萃取时用分液漏斗，注意上层液体从上口倒出，下层液体由下口经活塞放出；中置萃取可以用适当的下口瓶，用搅拌器搅拌一定时间使两相混合后，静置分层。

1.1.3液一液萃取法的应用 液一液萃取法是天然有机化合物分离中常用的分离方法。如果已经知道要得到的目的化合物的结构时，可以直接根据相似相溶的原理和有关萃取剂选择的规律，去选择一种合适的萃取剂把目的化合物萃取出来。 当对一种植物进行系统分离分析时，往往不知道化合物的结构，而植物浸提液常是含有极性差别很大的有机化合物的混合物，如果直接用结晶、柱层析等分离方法无法分离，这时一般先用不同极性的有机溶剂萃取。把植物提取物分成不同极性范围的部分(部位分离)，然后再对每一部位进行逐步的分离分析。这种方法是系统分析法。 一般常用的萃取分离溶剂为：小极性溶剂石油醚、苯、环己烷等；中极性溶剂氯仿、乙醚、乙酸乙酯等；大极性溶剂正丁醇、水饱和正丁醇、乙醇等。常用的部位分离法有三部位法，如石油醚(小极性)、氯仿(中极性)、正丁醇(大极性)和四部位法，如苯(小极性)、氯仿(中小极性)、乙酸乙醋(中大极性)、水饱和正丁醇(大极性)。在具体研究中，可以根据情况选择分段数目和每一段所用的萃取剂。

二 沉淀分离法

思考题： 1 应用沉淀分离技术时，需要考虑的三种因素分别是什么？ 2 根据沉淀剂和沉淀条件的不同，沉淀分离可分为哪些种类？

3 乙醇作为最常用的溶剂沉淀的沉淀剂，其可沉淀的物质种类有哪些？ 4 影响盐析效果的因素有哪些？ 5 沉淀剂沉淀常见的有哪四类？ 6 试述泡沫分离应具备的两个条件？

沉淀分离是在溶液中加入溶剂或沉淀剂，通过化学反应或者改变溶液的pH值、温度、压力等条件，使分离物以固相物质形式沉淀析出的一种方法。能否将分离物从溶液中析出，取决于分离物的溶解度或溶度积，关键在于选择适当的沉淀剂和控制条件，沉淀的目的在于通过沉淀使目标成分达到浓缩和去杂质，或是将已纯化的产品由液态变成固态。在应用沉淀分离技术时，需要考虑三种因素：沉淀的方法和技术应具有一定的选择性，才能使目标成分得到较好分离，纯度较高；对于一些活性物质(如酶、蛋白质等)的沉淀分离，必须考虑沉淀方法对目标成分的活性和化学结构是否破坏；对于食品和医药中的目标成分的沉淀分离，必须充分估量残留物对入体的危害。 根据沉淀剂和沉淀条件的不同，沉淀分离方法大致可分为：溶剂沉淀、盐析沉淀、沉淀剂沉淀等。 溶剂沉淀 溶剂沉淀是在有机化合物(如蛋白质、酶、多糖、核酸等)水溶液中加入有机溶剂(如乙醇、丙酮等)后，显著降低待分离物质的溶解度从而将其沉淀析出的一种方法。其机理在于溶质(待分离物质)在溶液中化学势发生变化造成溶解度的下降。其优点在于选择性好、分辨率高，因为一种有机化合物往往只能在某一溶剂狭窄的浓度范围内沉淀，溶剂易除去回收，但条件控制不当容易使分离物质(如蛋白质)变性。

影响溶剂沉淀的因素 溶剂选择及其添加量 选择合适的溶剂是溶剂沉淀的关键，溶剂必须是能与水相混溶的有机溶剂，如甲醇、乙醇、丙醇、丙酮等，其中乙醇最为常用，能沉淀蛋白质、核酸、核苷酸、多糖、果胶和氨基酸等化合物，且安全性最高。同时，不同的有机化合物沉淀所需要的溶剂浓度有不同的要求，使用不同浓度的同一种溶剂，往往可以在混合溶液中起到分级沉淀的效果。 样品的浓度 对于蛋白质样品溶液的沉淀分离，如果样品浓度低一些，可以减少蛋白质之间的相互作用，防止共沉淀现象，但易引起蛋白质变性，另一方面，如果样品浓度高一些，可以减少蛋白变性，有机溶剂的使用量可减少，但控制不当易出现共沉淀现象，一般而言，控制蛋白质起始浓度为5～30mg/mL。 温度 对蛋白质溶液进行溶剂沉淀分离，一般在低温条件下进行，大多数酶和蛋白质的溶解度随温度降低而降低，可以利用温度差进行蛋白质分级沉淀。如果温度过高，促使蛋白质的分子结构松散，使得溶剂分子与一些氨基酸残基产生疏水性结合而引起蛋白质的不可逆变性。 pH值 蛋白质溶液中的溶质溶解度受pH值影响，一般在等电点的溶解度最低，将pH值调节到溶液中多数蛋白质带有相同的静电荷，可减少蛋白质之间的相互作用，防止共沉淀。利用改变溶液的pH值可实现有选择的分段沉淀，另外，pH值与离子强度有协同作用而改变蛋白质的溶解度。 调节离子强度 低浓度的中性盐类增加蛋白质在有机溶剂中的溶解度，并且对蛋白质具有保护作用，防止变性。要将蛋白质从低离子强度的溶液中沉淀出来往往需要更高的溶剂浓度。