第二章 经典分离方法 现代分离科学与技术 教学课件

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1、第二章 经典分离方法n溶剂提取法n水蒸汽蒸馏法n盐析,结晶,透析,升华n真空冷冻干燥等n离心分离法n经典制备色谱溶剂提取法系统溶剂分离法(动植物中化学成分的分离) 可用连续回流提取法或萃取法Pet C6H6 CHCl3 Et2O EtOAc n-BuOH Me2CO EtOH MeOH H2O 注意:极性必须由小到大,不可颠倒连续回流提取法必须在前种溶剂挥干后,方可使 用下一种溶剂否则造成成分交叉。 索氏提取仪示意图 溶剂提取的操作方法(天然产物的提取)n浸提法(冷浸,温浸)n回流提取(普通回流,索氏提取)n煎煮提取n渗漉法n超声提取n微波萃取提取、半仿生提取法、旋流提取法、 加压逆流提取法、

2、酶提取法、超临界流体萃取 技术及高速逆流色谱提取 索氏提取n索氏提取器是由提取瓶、提取管、冷凝器三部分组成的.提取管两 侧分别有虹吸管和连接管。各部分连接处要严密不能漏气。提取 时,将待测样品包在脱脂滤纸包内,放入提取管内。提取瓶内加 入溶剂,加热提取瓶,溶剂气化,由连接管上升进入冷凝器,凝成液体滴入提取管内,浸提样品中的物质。待提取管内溶剂液面 达到一定高度,溶有物质的溶剂经虹吸管流入提取瓶。流入提取 瓶内的溶剂继续被加热气化、上升、冷凝,滴入提取管内,如此 循环往复,直到抽提完全为止。n虹吸5-6次后,当提取筒中提取液颜色变得很浅时 ,停止.索氏提取原理n利用溶剂 的回流和虹吸原理,对固体

3、混合物中所需成 分进行连续提取.当提取筒中回流下的溶剂的液 面超 过索氏提取器的虹吸管时,提取筒中的溶剂流回圆底烧 瓶内,即发生虹吸.随温度升高, 再次回流开始,每次虹 吸前,固体物质都能被纯的热溶剂所萃取,溶剂反复利 用,缩短了提 取时间,所以萃取效率较高.n 效率高,溶剂用量少.渗漉法n渗漉法是将溶剂自上而下的流过样品,收集自 下部流出的浸出液的一种提取方法。渗漉器底部垫有脱脂棉,然后打开渗滤器下口的 开关,使渗漉液缓缓流出。 n浸取效果优于浸渍法,提取也较完全,而且省 去了分离浸取液的操作时间。 (1) 水提醇沉法多用于多糖的提取或去杂大分子成分 (2)碱提酸沉法:酸性成分的分离 酸提碱

4、沉法 :碱性成分的分离 (3)分段沉淀法 溶剂提取分离法 定义:利用各种化合物在互不相溶的 二相溶剂中“分配系数”的不同而分离的 方法。各化合物在二相中分配系数差异越 大,则分离效果愈好。 应用:一般从水提液中以有机溶剂萃取 。 两相溶剂萃取法(液-液萃取法)a. 萃取次数:35次,有时510次 体积合适.b.萃取是否完全:以TLC、PC或试管反应检验c.调酸碱萃取:注意始终保持PH不变,也可用缓冲溶液代替水液.d.混匀不可太剧烈. e. 极性较大的有机物需用水饱和. f.乳化的消除:放置(时时转动或搅动)离心(2000 4000转/min)加热或冷置两相溶剂萃取的注意事项蒸馏精馏利用混合物中

5、各组分挥发能力的差异 ,通过液相和气相的回流,使气、液两相逆向多级接触,在热能驱动和相 平衡关系的约束下,使得易挥发组分 (轻组分)不断从液相往气相中转移 ,而难挥发组分却由气相向液相中迁 移,使混合物得到不断分离,称该过 程为精馏。该过程中,传热、传质过 程同时进行,属传质过程控制。原料 从塔中部适当位置进塔,将塔分为两 段,上段为精馏段,不含进料,下段 含进料板为提留段,冷凝器从塔顶提 供液相回流,再沸器从塔底提供气相 回流。气、液相回流是精馏重要特点 。实验室精馏装置水蒸气蒸馏法n水蒸气蒸馏法(Steam Distillation): 将水 蒸气通入不溶于水的有机物中或使有机物与 水经过

6、共沸而蒸出挥发性成分的过程。n 水蒸气蒸馏是分离和提纯液态或固态有 机物的一种方法,适用于具有挥发性,能随水蒸 气蒸出而不被破坏,难溶于或不溶于水的化学 成分。实验室装置简单水蒸气蒸馏装置图连续水蒸气蒸馏装置图水蒸汽蒸馏法分类n共水蒸馏法(直接加热法)n通水蒸汽蒸馏法n水上蒸馏法(与蒸汽接触不与沸水接触 )三种蒸馏方式的比较 定义:根据成分的性质(在水中溶解度不 是很大),向水提液中加入无机盐,使达到 一定的浓度或饱和,促使成分在水中溶解度 降低而沉淀析出,与水溶性较大的杂质分离 的方法。 常用无机盐:NaCl、Na2SO4、(NH4)2SO4.盐析法利用小分子在溶液中可通过半透膜,大分子不能

7、通过半透膜的 性质而得以分离的方法。常用于除去无机盐、单糖、双糖等小分子,纯化蛋白质、 多肽、多糖等大分子。方法:取半透膜加入样品液,悬于清水溶液中,导入适当流速 自来水,使膜内外保持一定的浓度差,最后浸入蒸馏水中数小 时即可。透析法硫酸纸膜:滤纸浸入50%硫酸中15-60分钟,取出,水 冲洗即可火棉胶膜:火棉胶+ Et2O + EtOH得溶解液,涂于板上 ,干后置水中即可蛋白质胶膜:20%明胶涂于细布上,阴干,加甲醛使 膜凝固,冲洗干净即可猪、牛的膀胱膜:水洗净,乙醚脱脂即可商品:各种规格,供不同大小分子量的化合物透析选 用。半透膜的制作目前,得到单体的有效方法,结晶的形成标志化合物的纯度

8、达到了相当程度。亲脂性成分易析晶,亲水性成分难析晶 溶剂的选择对所需成分冷时溶解度小,热时溶解度大,对杂质冷热都不 溶或冷热都溶。沸点不宜高,与成分不发生化学反应。常用MeOH、EtOH、Me2CO、CHCl3、Et2O、EtOAc、环己烷结晶法 方法:原则过饱和a、 加热溶解、乘热抽滤、放置析晶、再抽滤b、柱层析洗脱液:浓缩、放置、析晶析不出,蒸干换溶剂c、 混合溶剂结晶法:I 粗品 + 高沸点溶剂(溶解度差些)加热溶液 + 沸点低溶剂(溶解度好些) 澄清 放置待后者挥去 结晶. II 粗品 + 溶解性好的溶剂 溶液 + 滴加难 溶溶剂 浑浊 加热 澄清 放置 结晶 分步结晶形成结晶后,母液

9、浓缩或滴加难溶溶剂,达过饱和析晶,如 此二、三次处理,可得不同产物。 重结晶:结晶纯度不够再一次结晶,方法同前。 纯度判断形状、色泽、熔点、熔距(0.53。C),注意所用溶剂。TLC、PC:23种展开系统均为单一集中斑点(不为长形) ,若显色则颜色一致三维HPLC或不同波长HPLC是纯化晶体的一种方法,它是物质受热在低于其熔点的温 度下,不经过熔化就可直接转化为蒸汽,蒸汽遇冷后凝结 为固体称为升华。例 :茶叶中咖啡因的提取分离原理:物质和杂质蒸汽压的区别或不同温度下蒸汽压 的差别。减压升华 适用于0.1g的微量物质的精制。升华法干燥n干燥是利用热能除去固体或膏状物中所含的水分或其他溶剂,获得干

10、燥物品的工艺操作。n干燥方法:(1)按操作压力分类:常压干燥与减压干燥.(2)按传热方式分类:对流干燥,如气流干燥、喷雾干燥;传导干燥,如真空干燥、冷冻干燥;辐射干燥,如红外线辐射干燥;介电干燥,如微波干燥;组合干燥,如喷雾与辐射组合的干燥.真空干燥n定义:在负压下进行的干燥方法(真空度为3.3- 6.6kPa)。n原理:指利用真空环境下沸点低的特点来干燥物品的 方法。n应用:适用于热敏性物质或高温下易氧化的物质或排 除的气体有使用价值有毒性有燃烧性等, 广泛地应用 于化学工业、制药工业中。n特点:干燥温度低,干燥速度快. n组成:干燥柜,冷凝器与冷凝液收集器和真空泵.喷雾干燥n原理:利用喷雾

11、器将一定浓度的液态物料喷射成雾状 液滴,落于一定流速的热气流中,在与热空气的接触 中,水分迅速汽化,即得到粉状或颗粒状的干燥制品 (四个阶段)。n特点:喷雾干燥具传热快,水分蒸发迅速,干燥时间 瞬间的特点,且产品质量好,质地松脆,溶解性能也 好,能改善某些制剂的溶出速率,适用于热敏性物质 ,此外,医药工业上喷雾干燥还可用于制备微囊,与挥 发油微囊化(200。C,Si-OH 硅氧烷基(去OH作用)柱层:100-160目,200-300目薄层:10-40m,加压可用于柱层b.闪式硅胶八十年代初兴起。粒度:40-60,微球形,粒度均匀,展开速度快,效果理想。(1)层析硅胶色谱材料c.键合硅胶不同的有

12、机基团通过化学反应键合到硅胶表面非极性键合硅胶极性键合硅胶离子型键合硅胶非极性键合硅胶(反相硅胶):硅胶表面键 合极性很小的烷基。十八烷基、辛烷基、苯基烷等极性大的成分:吸附能力弱,先下极性小的成分:吸附能力强,后下极性键合硅胶:键合CN、NH3、双OH等一般作正相层析离子型键合硅胶:键合各种离子交换基团酸性基团:-SO3H、-COOH、-CH2COOH碱性基团:-CH2NH2、-CH2N(CH3)3Cl二性基团:CH(COOH)-CH2-CH2-NH2 (CH2)3O-CH2-CH(OH)-CH2-NH2a、组成 碱性氧化铝(pH =9)中性氧化铝(pH= 7.5)酸性氧化铝(pH= 2-3

13、) 100-160目柱层析 200目柱层需加压 160-200目软板TLC 200目硬板TLCb、活度含水量越少,吸附力越强,活度越小含水量(%) 0 3 6 10 15活度(级) I II III IV V(2)氧化铝c、应用碱性氧化铝分离生物碱和甾族化合物,不适于 醛、酮、酯、有机酸中性氧化铝分离中性、碱性亲脂性化合物,不 适于酸性成分酸性氧化铝分离有机酸类,不适于碱性成分缺点:吸附力强,成分损失大常与成分发生反应,如络合、氧化、消除及 异构化应用:提纯蛋白质、核酸、生物碱、有机酸、酸性或碱性多糖等。离子交换树脂种类:阳离子交换树脂 强酸型(SO3H)弱酸型(COOH)阴离子交换树脂 强碱

14、型 N(CH3)3XN(CH3)2(C2H4OH)X弱碱型 NR2NHRNH2(3)离子交换树脂a、 交换容量:取决于可交换基团的多少毫克当量/g每g树脂所能交换的离子的毫克当 量数b、交联度:交联剂在总重量中所占重量百分数交联度越大,网孔越小c、 溶胀性:在水中体积增大在有机溶剂中收缩。e.g EtOH、Et2Od、型变膨胀性: e.g N+变成H+,树脂体积也变化离子交换树脂性能:葡聚糖凝胶分子筛,琼脂糖凝胶分子筛,聚丙烯酰胺凝胶分子筛葡聚糖凝胶分子筛a、组成:葡聚糖和甘油通过醚键相交链的多孔网状结构。b.不溶于水、有机溶剂、盐在碱或弱酸液中稳定,强酸水解交链度大、网孔小,吸水时膨胀越大商

15、品G 后面数字吸水量10c.用于多糖、肽、蛋白质分离(4) 凝胶分子筛葡聚糖凝胶的性质型号 吸水量 床体积 分离范围(分子量) 最少溶胀时间(h)(ml/g) (ml/g) 肽、蛋白质 多 糖 室温 沸水浴G-10 1.00.1 2-3 700 700 3 G-15 1.50.2 2.5-3.5 1500 1500 3 G-25 2.50.2 4-6 1000-5000 100-5000 6 G-50 5.00.3 9-11 1500-30000 500-10000 6 G-75 7.50.5 12-15 3000-70000 1000-50000 24 G-100 10.01.0 15-20 4000-150000 1000-100000 48 G-150

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