现代分离纯化技术课件.ppt

1、12一、天然化学成分的提取技术一、天然化学成分的提取技术二、天然化学成分的分离方法二、天然化学成分的分离方法3n溶剂提取法溶剂提取法n微波辅助提取技术微波辅助提取技术 n超声波辅助萃取技术超声波辅助萃取技术 n酶法提取技术酶法提取技术n升华法升华法 /压榨法压榨法n超临界流体萃取法超临界流体萃取法n分子蒸馏技术分子蒸馏技术n水蒸气蒸馏技术水蒸气蒸馏技术一、天然化学成分的提取技术一、天然化学成分的提取技术4 1 1、溶剂提取法、溶剂提取法 根据被提取成分在不同溶剂中的根据被提取成分在不同溶剂中的溶解度不同，选用对有效成分溶解度溶解度不同，选用对有效成分溶解度大，对杂质成分溶解度小的溶剂，从大，对

2、杂质成分溶解度小的溶剂，从而将有效成分从植物组织中溶解出来。而将有效成分从植物组织中溶解出来。5提取溶剂的选择提取溶剂的选择根据相似相溶原理，极性化合物倾向于根据相似相溶原理，极性化合物倾向于溶于极性溶剂，非极性化合物倾向于溶溶于极性溶剂，非极性化合物倾向于溶于非极性溶剂，分子量太大的化合物往于非极性溶剂，分子量太大的化合物往往不溶于任何溶剂。往不溶于任何溶剂。 水水 乙醇乙醇 6回流提取回流提取渗漉提取渗漉提取连续回流提取连续回流提取煎煮法煎煮法索氏提取器索氏提取器溶剂提取的方式溶剂提取的方式72. 辅助提取技术辅助提取技术超声波清洗仪超声波清洗仪微波炉微波炉8 生物酶解机理生物酶解机理1.

3、1.植物细胞壁构成植物细胞壁构成n由纤维素、半纤维素、果胶质等物质构成；由纤维素、半纤维素、果胶质等物质构成；n具有一定硬度的固体结构，是提取植物有效成具有一定硬度的固体结构，是提取植物有效成分的主要屏障。分的主要屏障。2.2.酶法提取原理酶法提取原理n有效成分如生物碱类、苷类、挥发油、蒽醌类、有效成分如生物碱类、苷类、挥发油、蒽醌类、有机酸、蛋白质、氨基酸、糖类等大部分存在有机酸、蛋白质、氨基酸、糖类等大部分存在于细胞壁内，少量存在于细胞间隙于细胞壁内，少量存在于细胞间隙。 3. 酶法提取技术酶法提取技术9n破坏细胞壁结构破坏细胞壁结构 选用适当的酶作用于植物材料，将细胞壁的选用适当的酶作用

4、于植物材料，将细胞壁的组成成分水解或降解组成成分水解或降解, ,破坏细胞壁的致密构破坏细胞壁的致密构造，从而减小了传质阻力，有利于溶剂对有造，从而减小了传质阻力，有利于溶剂对有效成分的溶出。效成分的溶出。n酶法除杂酶法除杂 选择适当的酶类，使提取液中的蛋白质、果选择适当的酶类，使提取液中的蛋白质、果胶、淀粉等杂质降解或除去，同时可提高有胶、淀粉等杂质降解或除去，同时可提高有效成分的溶出率。效成分的溶出率。10 植物提取中常用酶类植物提取中常用酶类n纤维素酶纤维素酶n半纤维素酶半纤维素酶n果胶酶果胶酶11 原理原理: 道尔顿分压定律道尔顿分压定律 混合液体的两个不同组分，在一定温度时混合液体的两

5、个不同组分，在一定温度时都有各自的蒸气压，其蒸气压的大小与各组分都有各自的蒸气压，其蒸气压的大小与各组分单独存在的蒸气压一样，整个体系的蒸气压为单独存在的蒸气压一样，整个体系的蒸气压为各组分的饱和蒸气压之和，即：各组分的饱和蒸气压之和，即： p = pA + pB 4. 水蒸气蒸馏法水蒸气蒸馏法1213 常压下用水蒸气蒸馏时，常压下用水蒸气蒸馏时，植物原料中的挥植物原料中的挥发油等因受热扩散而成为气相，因此具有一定发油等因受热扩散而成为气相，因此具有一定的蒸气压。的蒸气压。 因因p p = = p p 水水+ + p p有有，当，当p=p=大气压时，混合大气压时，混合物沸腾，此时物沸腾，此时p

6、 p 水水 p p ，即混合物在低于，即混合物在低于100100以下沸腾，有机物与水一起蒸出来。冷以下沸腾，有机物与水一起蒸出来。冷凝后分层，即得有机物。凝后分层，即得有机物。 因此，因此，对于那些热稳定性较差和高温下要对于那些热稳定性较差和高温下要分解的化合物的分离，水蒸气蒸馏是一种有效分解的化合物的分离，水蒸气蒸馏是一种有效的方法。的方法。 14n超临界流体超临界流体(SCF)(SCF)是是指在临界温度（指在临界温度（TcTc）和临界压力和临界压力(Pv)(Pv)以上，以上，以流体形式存在的物以流体形式存在的物质。质。 向该状态气体加向该状态气体加压压, ,气体不会液化气体不会液化, ,只

7、只是密度增大是密度增大, ,具有类具有类似液态性质似液态性质, ,同时具同时具有气体性能有气体性能. . 5. 超临界萃取技术超临界萃取技术15n提取提取 SCFSCF具有良好的溶剂性能和穿透性能，因而具有良好的溶剂性能和穿透性能，因而表现出良好的萃取性能。表现出良好的萃取性能。 SCFSCF的密度和介电常数随着密闭体系压力的增的密度和介电常数随着密闭体系压力的增加而增加，极性增大，利用程序升压可将不同极加而增加，极性增大，利用程序升压可将不同极性的成分有选择地溶解提取出来。性的成分有选择地溶解提取出来。n分离分离 提取后通过减压、升温的方法使提取后通过减压、升温的方法使SFSF变成普通变成普

8、通气体，被萃取物则自动完全或基本析出，达到分气体，被萃取物则自动完全或基本析出，达到分离。离。1617超临界超临界COCO2 2流体的特性流体的特性n临界温度为临界温度为31.131.1，临界压力为，临界压力为7.2MPa7.2MPa，临界条件容易达到。临界条件容易达到。n化学性质不活泼，无色无味无毒，安全性化学性质不活泼，无色无味无毒，安全性好。好。n价格便宜，纯度高，容易获得。价格便宜，纯度高，容易获得。 18超临界流体萃取的应用超临界流体萃取的应用医药工业医药工业化学工业化学工业食品工业食品工业化妆品香料化妆品香料中草药提取中草药提取酶，纤维素精制酶，纤维素精制植物油脂萃取植物油脂萃取酒

9、花萃取酒花萃取植物色素提取植物色素提取天然香料萃取天然香料萃取化妆品原料提取精制化妆品原料提取精制金属离子萃取金属离子萃取烃类分离烃类分离共沸物分离共沸物分离高分子化合物分离高分子化合物分离19分离依据：共存成分的性质差异分离依据：共存成分的性质差异n1. 1. 溶解度差异溶解度差异n2. 2. 分配系数不同分配系数不同n3. 3. 吸附性差异吸附性差异n4 4分子大小差异分子大小差异n5 5离解程离解程度不同度不同二、天然化学成分的分离方法二、天然化学成分的分离方法201. 1. 根据物质的溶解度差异进行分离根据物质的溶解度差异进行分离 n调节温度调节温度（如结晶）（如结晶）n改变混合溶剂的

10、极性改变混合溶剂的极性（水提醇沉、醇提水沉、（水提醇沉、醇提水沉、醇醚法等）醇醚法等）n调节调节PHPH（酸提碱沉、碱提酸沉）（酸提碱沉、碱提酸沉）n加入某种沉淀试剂加入某种沉淀试剂212. 2. 根据物质在两相溶剂中的分配系数不同进行根据物质在两相溶剂中的分配系数不同进行分离分离n分配系数分配系数K K K=CK=CU U / C/ CL L n分离因子分离因子 =K=KA A / K/ KB B （K KA A K KB B） 100 1100 1次萃取，基本分离次萃取，基本分离1010 100 10100 10 1212次次 2 1002 100次以上次以上 1 1 无法分离无法分离上层

11、上层下层下层223. 3. 根据物质吸附性差异进行分离根据物质吸附性差异进行分离物理吸附的基本规律物理吸附的基本规律 n 极性相似者易于吸附极性相似者易于吸附 n 非极性吸附剂：活性炭非极性吸附剂：活性炭 对非极性成分吸附强对非极性成分吸附强 溶剂极性溶剂极性 吸附剂对溶质的吸附力吸附剂对溶质的吸附力 溶质可被极性弱的溶剂洗脱溶质可被极性弱的溶剂洗脱n 极性吸附剂：硅胶、氧化铝极性吸附剂：硅胶、氧化铝 对极性物质亲和力强对极性物质亲和力强 溶剂极性溶剂极性 吸附剂对溶质的吸附力吸附剂对溶质的吸附力 溶质可被极性强的溶剂洗脱溶质可被极性强的溶剂洗脱 234 4根据物质分子大小差异进行分离根据物质

12、分子大小差异进行分离（1 1）凝胶滤过法凝胶滤过法 n凝胶三维网状结构的分子筛作用凝胶三维网状结构的分子筛作用n按分子量由大到小的顺序分离按分子量由大到小的顺序分离24第一部分中药药效物质提取、分离与纯化的新技术、新工艺（2）膜技术）膜技术25显微镜下的膜显微镜下的膜26工工业业应应用用的的反反渗渗透透装装置置27微滤微滤（0.1 m）、）、超滤超滤（10100nm）、）、纳滤纳滤（110nm）、）、反渗透反渗透（1nm）大孔吸附树脂分离法大孔吸附树脂分离法一、大孔吸附树脂简介一、大孔吸附树脂简介CHCH2CHCH2CHCH2mnCHCH2CHCH2CHCH2CHCH2CH2CHCH1、大孔吸

13、附树脂的合成与基本骨架、大孔吸附树脂的合成与基本骨架2、国产树脂的主要类型、国产树脂的主要类型骨架结构：骨架结构：苯乙烯、丙烯酸酯、丙烯腈、异丁烯等苯乙烯、丙烯酸酯、丙烯腈、异丁烯等交联剂：交联剂：二乙烯苯等二乙烯苯等 致孔剂：致孔剂：甲苯、石蜡、汽油、煤油、碳醇、聚乙烯醇等甲苯、石蜡、汽油、煤油、碳醇、聚乙烯醇等 分散剂：分散剂：明胶等明胶等 CHCH2COCN或或CCOCH3CH2CH3O聚合聚合CHCH2CHCH2CHCH2弱极性和弱极性和极性树脂极性树脂聚合聚合CHCH2CHCH2CHCH2非极性树脂非极性树脂3、三菱化成的大孔吸附树脂、三菱化成的大孔吸附树脂聚苯乙烯系列合成树脂：聚苯

14、乙烯系列合成树脂： Diaion: HP20, HP21 Sepabeads: SP825, SP850 Sepabeads: SP70, SP700修饰的聚苯乙烯系列合成树修饰的聚苯乙烯系列合成树脂脂: Sepabeads: SP207异丁烯系列合成树脂异丁烯系列合成树脂: Diaion: HP2MGBrBrBrBrBrBrCH3CCOCH3OOOCH3CH3COOCH3CH2CH2OCOCH3CH3COOCH3COOCH3CH3n3、主要理化性质、主要理化性质n大孔吸附树脂是一种具有大孔网状结构大孔吸附树脂是一种具有大孔网状结构的高分子吸附剂。的高分子吸附剂。n性状：性状：白色、乳白色至微

15、黄色颗粒白色、乳白色至微黄色颗粒n粒度：粒度：2060目。目。n稳定性：稳定性：不溶于水、酸、碱及有机溶剂，不溶于水、酸、碱及有机溶剂，加热不溶，可在加热不溶，可在150以下使用。以下使用。n含水量：含水量：4075%。 4、大孔吸附树脂的主要特点、大孔吸附树脂的主要特点n1、对有机物的选择性良好，无机盐存在非但不、对有机物的选择性良好，无机盐存在非但不干扰吸附反而有利于吸附。干扰吸附反而有利于吸附。n2、吸附剂的物理、化学稳定性高，机械强度好，、吸附剂的物理、化学稳定性高，机械强度好，经久耐用。经久耐用。n3、再生容易，一般用水、稀酸、稀碱加低碳醇、再生容易，一般用水、稀酸、稀碱加低碳醇、酮

16、等有机溶剂洗脱即可。酮等有机溶剂洗脱即可。n4、根据不同要求，选择不同树脂品种，可适用、根据不同要求，选择不同树脂品种，可适用多种化合物。多种化合物。n5、一般系小球状，液体阻力较小，使用方便。、一般系小球状，液体阻力较小，使用方便。n6、树脂脱色能力强，效果接近活性炭。、树脂脱色能力强，效果接近活性炭。5、国产大孔吸附树脂的主要型号及生产企业、国产大孔吸附树脂的主要型号及生产企业型号型号生产企业生产企业树脂骨架树脂骨架极性极性比表面积比表面积（m2/g）孔径孔径HPD100沧州宝恩化工沧州宝恩化工有限公司有限公司苯乙烯苯乙烯非极性非极性55035HPD300沧州宝恩化工沧州宝恩化工有限公司有

17、限公司苯乙烯苯乙烯非极性非极性65027HPD400沧州宝恩化工沧州宝恩化工有限公司有限公司苯乙烯苯乙烯弱极性弱极性55083HPD500沧州宝恩化工沧州宝恩化工有限公司有限公司苯乙烯苯乙烯弱极性弱极性52048HPD600沧州宝恩化工沧州宝恩化工有限公司有限公司苯乙烯苯乙烯极性极性61028型号型号生产企业生产企业树脂骨架树脂骨架极性极性比表面积比表面积（m2/g）孔径孔径D101天津农药厂天津农药厂苯乙烯苯乙烯非极性非极性 D201天津农药厂天津农药厂苯乙烯苯乙烯弱极性弱极性 D301天津农药厂天津农药厂苯乙烯苯乙烯弱极性弱极性 GDX-104天津试剂二厂天津试剂二厂苯乙烯苯乙烯非极性非极

18、性590 GDX-401天津试剂二厂天津试剂二厂乙烯、吡啶乙烯、吡啶强极性强极性370 GDX-501天津试剂二厂天津试剂二厂含氮含氮极性极性80 GDX-601天津试剂二厂天津试剂二厂强极性基团强极性基团强极性强极性90 型号型号生产企业生产企业树脂骨架树脂骨架极性极性比表面积比表面积（m2/g）孔径孔径SIP-1100上海医药工业上海医药工业研究院研究院 非极性非极性450-55090SIP-1200上海医药工业上海医药工业研究院研究院 非极性非极性500-600120SIP-1300上海医药工业上海医药工业研究院研究院 非极性非极性550-58060SIP-1400上海医药工业上海医药工

19、业研究院研究院 非极性非极性600-65070上试上试101上海试剂厂上海试剂厂苯乙烯苯乙烯非极性非极性 上试上试102上海试剂厂上海试剂厂苯乙烯苯乙烯非极性非极性 上试上试401上海试剂厂上海试剂厂苯乙烯苯乙烯非极性非极性 上试上试402上海试剂厂上海试剂厂苯乙烯苯乙烯非极性非极性 型号型号生产企业生产企业树脂骨架树脂骨架极性极性比表面积比表面积（m2/g）孔径孔径南大南大3520南开大学化工厂南开大学化工厂苯乙烯苯乙烯非极性非极性 D1南开大学化工厂南开大学化工厂乙基苯乙烯乙基苯乙烯非极性非极性 D2南开大学化工厂南开大学化工厂乙基苯乙烯乙基苯乙烯非极性非极性382133D3南开大学化工厂

20、南开大学化工厂乙基苯乙烯乙基苯乙烯非极性非极性 D4南开大学化工厂南开大学化工厂乙基苯乙烯乙基苯乙烯非极性非极性 D5南开大学化工厂南开大学化工厂乙基苯乙烯乙基苯乙烯非极性非极性 D6南开大学化工厂南开大学化工厂乙基苯乙烯乙基苯乙烯非极性非极性46673D8南开大学化工厂南开大学化工厂乙基苯乙烯乙基苯乙烯非极性非极性71266Ds2南开大学化工厂南开大学化工厂苯乙烯苯乙烯非极性非极性64259Ds5南开大学化工厂南开大学化工厂苯乙烯苯乙烯非极性非极性415104型号型号生产企业生产企业树脂骨架树脂骨架极性极性比表面积比表面积（m2/g）孔径孔径Dm2南开大学化工厂南开大学化工厂-甲基甲基苯乙烯

21、苯乙烯非极性非极性26624Dm5南开大学化工厂南开大学化工厂-甲基甲基苯乙烯苯乙烯非极性非极性41332X-5南开大学化工厂南开大学化工厂苯乙烯苯乙烯非极性非极性500-600290D-3520南开大学化工厂南开大学化工厂苯乙烯苯乙烯非极性非极性480-52085-90D-4006南开大学化工厂南开大学化工厂苯乙烯苯乙烯非极性非极性400-44065-75H-107南开大学化工厂南开大学化工厂苯乙烯苯乙烯非极性非极性 1000-1300 AB-8南开大学化工厂南开大学化工厂苯乙烯苯乙烯弱极性弱极性480-520 130-140NKA-9南开大学化工厂南开大学化工厂苯乙烯苯乙烯极性极性250-

22、290 155-165NKA-南开大学化工厂南开大学化工厂苯乙烯苯乙烯极性极性 S-8南开大学化工厂南开大学化工厂苯乙烯苯乙烯极性极性100-120 280-3006 6、大孔吸附树脂对有机成分的分离、大孔吸附树脂对有机成分的分离、纯化原理纯化原理 n分离原理：分离原理：主要为吸主要为吸附作用；其次为分子筛作附作用；其次为分子筛作用。用。n不同极性、不同孔径的树脂对不同种类的化合不同极性、不同孔径的树脂对不同种类的化合物的选择性不同物的选择性不同n对于分子量相似的化合物：对于分子量相似的化合物：极性越小，吸附能极性越小，吸附能力越强，则越难洗脱下来；极性越大，吸附能力越强，则越难洗脱下来；极性

23、越大，吸附能力越弱，则越易洗脱下来。力越弱，则越易洗脱下来。n对于极性相似的化合物：对于极性相似的化合物：分子量越大，越易洗分子量越大，越易洗脱下来。脱下来。7 7、当前国产树脂存在的主要问题、当前国产树脂存在的主要问题 (1)商品树脂的有机残留物高，预处理难度大；商品树脂的有机残留物高，预处理难度大；(2)树脂强度差，使用过程中破碎严重，使用寿命树脂强度差，使用过程中破碎严重，使用寿命短；短；(3)树脂粒径分布广，分离效果差；树脂粒径分布广，分离效果差；(4)同一生产企业生产的同一型号树脂，各批之间同一生产企业生产的同一型号树脂，各批之间比表面积和功能基团含量差别大，在中药成分比表面积和功能

24、基团含量差别大，在中药成分纯化中重现性差。纯化中重现性差。 二、大孔吸附树脂的预处理、再生及有二、大孔吸附树脂的预处理、再生及有机残留物的检测机残留物的检测 1 1、树脂的预处理、树脂的预处理n预处理的方法：预处理的方法：回流法、回流法、渗漉法渗漉法和水蒸和水蒸气蒸馏法等气蒸馏法等n预处理溶剂：预处理溶剂：乙醇乙醇、甲醇、甲醇、丙酮丙酮、异丙异丙醇醇及及稀酸、稀碱稀酸、稀碱溶液溶液 n传统渗漉法：传统渗漉法： 有机溶剂浸泡有机溶剂浸泡12小时小时洗脱洗脱23倍柱体积倍柱体积（BV）浸泡浸泡35小时，洗脱小时，洗脱浸泡，洗脱浸泡，洗脱加加25%盐酸浸泡，洗脱盐酸浸泡，洗脱水洗至水洗至PH值中值中

25、性性加加25%氢氧化钠浸泡，洗脱氢氧化钠浸泡，洗脱水洗至水洗至PH值中性。值中性。n缺点：缺点：n溶剂用量大：溶剂用量大：202030BV30BVn树脂预处理时间长：树脂预处理时间长：2 23 3天天n环境污染较大环境污染较大 ：2、大孔吸附树脂的再生、大孔吸附树脂的再生n简单再生：简单再生：用不同浓度的溶剂按极性从用不同浓度的溶剂按极性从大到小梯度洗脱，再用大到小梯度洗脱，再用23 BV的稀酸和的稀酸和稀碱溶液浸泡洗脱，水洗至稀碱溶液浸泡洗脱，水洗至pH值中性即值中性即可使用。可使用。n强化再生：强化再生：先用不同浓度的有机溶剂洗先用不同浓度的有机溶剂洗脱后，再反复用大体积稀酸、稀碱溶液脱后

26、，再反复用大体积稀酸、稀碱溶液交替强化洗脱后水洗至交替强化洗脱后水洗至pH值中性，即可值中性，即可使用。使用。 3、大孔吸附树脂有机残留物的检测、大孔吸附树脂有机残留物的检测n检测方法：检测方法：GC、UVn限量标准：限量标准：SDA规定苯乙烯骨架型大孔规定苯乙烯骨架型大孔吸附树脂残留物检查项目暂定为：吸附树脂残留物检查项目暂定为：苯不苯不得超过得超过2ppm、甲苯、二甲苯、苯乙烯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、烷烃类、二乙基苯类（二乙烯基）等不烷烃类、二乙基苯类（二乙烯基）等不得超过得超过20ppm。 三、大孔树脂在三、大孔树脂在医药领域中的应用医药领域中的应用 n食品工业：食品工业：番茄红素、紫草

27、色素、甜菊糖等番茄红素、紫草色素、甜菊糖等n抗生素类生产：抗生素类生产：内酰胺类、大环内酯类、林可内酰胺类、大环内酯类、林可霉素类、氨基糖苷类、肽类、博莱霉素类、含霉素类、氨基糖苷类、肽类、博莱霉素类、含氮杂环类及其它新抗生素的分离、提纯氮杂环类及其它新抗生素的分离、提纯n中药新药研发：中药新药研发：丹参总酚酸丹参总酚酸 、红花总黄色素、红花总黄色素、管花肉苁蓉总苯乙醇苷等管花肉苁蓉总苯乙醇苷等n中药和天然药物生产：中药和天然药物生产：人参总皂苷、三七总皂人参总皂苷、三七总皂苷、银杏叶总黄酮、喜树碱、苦参碱等苷、银杏叶总黄酮、喜树碱、苦参碱等465 5根据物质离解程度不同分离进行分离根据物质离解程度不同分离进行分离 离子交换法离子交换法 n离子交换树脂为固定相，水，含水溶剂装柱离子交换树脂为固定相，水，含水溶剂装柱n含水流动相通过树脂含水流动相通过树脂n可交换离子与树脂上的交换基团交换，吸附到可交换离子与树脂上的交换基团交换，吸附到树脂上树脂上 n中性及无交换离子的成分流出中性及无交换离子的成分流出n将吸附到柱上的成分洗脱下来将吸附到柱上的成分洗脱下来47 The end ! Thank you!