從溶液中提取物質(zhì)的方法
化學(xué)試劑,九料化工商城 / 2020-11-21
利用物質(zhì)在兩種互不相溶的溶劑中溶解度不同，使物質(zhì)從一種溶液內(nèi)轉(zhuǎn)移至另一種溶劑中，經(jīng)過反復(fù)多次提取，能將絕大部分的物質(zhì)提取出來.有機(jī)實(shí)驗(yàn)室中常用分液漏斗或連續(xù)提取儀器來進(jìn)行。
(一)基本原理:分配定律是提取方法最主要的理論.物質(zhì)對不同的溶劑有著不同的溶解度.同時(shí)，在兩種互不相溶的液體中，加入了某種可溶性物質(zhì)時(shí)，它就分別溶解于此兩溶液中，實(shí)驗(yàn)證明，在一定溫度時(shí)，該物質(zhì)的分子在此兩種溶液中不發(fā)生分解、電離、締合和溶劑化等作用時(shí)，則此物質(zhì)在兩液層內(nèi)濃度的比是一個(gè)定值，不論所加物質(zhì)的量是多少都是如此，用公式表示，即：
CA
------=K(常數(shù)，即分配系數(shù))
CB
CA，CB表示一種物質(zhì)在兩種互不相溶的溶劑中的濃度,例如琥珀酸在水和乙醚間的分配情況，即能說明此關(guān)系的存在，分配系數(shù)很接近于一個(gè)定值(見表2.4.1).
事實(shí)上，在一定條件下，某種物質(zhì)在兩液間的分配，有一個(gè)平衡存在.因而，當(dāng)某層液體中的濃度達(dá)到飽和時(shí)，則另一層液體中的濃度亦會(huì)相應(yīng)地飽和.所以，某物質(zhì)在兩液內(nèi)的溶解度比，也相當(dāng)于分配系數(shù).因之，利用分配定律的關(guān)系，可以算出在提取后物質(zhì)的剩余量。
假設(shè)
V=原溶液的體積，
W零=提取前物質(zhì)的總量
S=提取溶劑的體積，
W1=提取一次后物質(zhì)剩余量，
W2=提取二次后物質(zhì)剩余量，
Wn=提取次后物質(zhì)剩余量，
經(jīng)一次提取，原溶液含該物質(zhì)的濃度為W1/V，而提取溶劑中含該物質(zhì)的濃度為(W0-W1)/S，按公式(1)
W1/V
-------------------=K
(WO-W1）/S
即
KV
W1=WO--------------
KV+S
依同理，經(jīng)二次提取后，
KV KV
W2=W1-----------WO(-----------)2
KV+S KV+S
因此，經(jīng)n次提取后，
KV
Wn=Wo(----------)n
KV+S
通過上列公式，可以算出最大限度地提出物質(zhì)時(shí)，最低限度的提取次數(shù).同時(shí)還指出提取效率的好壞，亦取決于提取方法:如不是在一次提取中用完所有的溶劑，而是把所有溶劑分為多次提取時(shí)，雖然用同量的溶劑，卻能提取出更多的物質(zhì).例如，含有正丁酸4克的水溶液100毫升，用苯100毫升分別進(jìn)行一次或三次提取，溶液中殘留的正丁酸量是不同的(正丁酸對水與苯的分配系數(shù)是1/3).
1
---×100
3
100毫升苯一次提取:W1=4(-----------------)=1克
1
---×100+100
3
33.3毫升苯一次，共進(jìn)行三次提取
1
---×100
3
W3=4(-------------------)³=0.5克
1
---×100+33.3
3
從此例能明顯地看出，雖然同樣用100毫升苯進(jìn)行提取但其提取,但其提取效率，則以分次提取時(shí)為高。
(二)提取方法
1.分次提取方法:應(yīng)用分液漏斗進(jìn)行提取，是實(shí)驗(yàn)室中常用的操作方法之一，一般是選擇一個(gè)比被提取溶液大1-2倍體積的分液漏斗，裝入溶液和溶劑，塞好塞子.倒轉(zhuǎn)，開啟活塞，排除氣體，關(guān)妥活塞后，先輕輕振蕩，并時(shí)時(shí)開啟活塞排氣最后，再劇烈振搖1-2分鐘，靜置，使兩液分層.下層液自活塞處綏緩放出，而上層液自分液漏斗口倒入其他容器中保存，并將溶液再倒入分液漏斗中，反復(fù)進(jìn)行提取，待物質(zhì)幾乎全部提出后為止.當(dāng)應(yīng)用比重較溶液為重的溶劑進(jìn)行提取時(shí)，上層液即為溶液，不需倒出即可另加溶劑進(jìn)行提取.雖然，這項(xiàng)操作方法很簡單，但是亦有因疏忽發(fā)生問題的，輕則影響產(chǎn)品的質(zhì)量，不能獲得準(zhǔn)確的科學(xué)數(shù)據(jù)，重者發(fā)生事故影響安全，特將常見的問題，歸納如下，以作參考：
首先應(yīng)指出，有時(shí)未能佔(zhàn)計(jì)溶液和溶劑的體積，使分液漏斗中溶液和溶劑裝得很滿，振搖時(shí)不能使溶劑和溶液分散為小的液滴，妨礙了物質(zhì)對兩溶液的分配過程，因而大大降低了提取效率，亦有在選買適當(dāng)?shù)姆忠郝┒泛?，忘將玻璃活塞關(guān)嚴(yán)，即將溶液倒入，待發(fā)覺后，溶液已部分流失，影響產(chǎn)量甚大，更有在振搖分液漏斗時(shí)，不經(jīng)常開啟活塞以排除氣體，由于分液漏斗內(nèi)壓力的增大，溶液易自玻塞接縫處滲出，或者，當(dāng)剛欲靜置時(shí)，玻塞突然跳落打碎，造成損失.特別須注意的，用碳酸鈉溶液洗滌附有酸性液體的溶劑時(shí)，因有二氧化碳產(chǎn)生，更應(yīng)經(jīng)常作排氣手續(xù)，否則會(huì)導(dǎo)致液體沖出，影響產(chǎn)量，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)造成爆炸事故.振搖完畢后，應(yīng)充分靜置，分離兩液層，但常有未待兩液清析分層，忙于分出下層，這樣不但沒有很好地達(dá)到提取目的，并反將雜質(zhì)混入，影響質(zhì)量.不過，有時(shí)在振搖后，溶液被乳化，不能迅速分層，特別是提取含有某些性或表面活性較強(qiáng)的物質(zhì)(如蛋白質(zhì)、長鏈脂肪酸、皂素等時(shí)，出現(xiàn)此種現(xiàn)象較多.遇到這種情況，可以按照一般方法來處理:如長時(shí)間靜置、加食鹽以飽和水溶液、滴加數(shù)滴醇類化合物改變表面張力、加熱破壞乳狀液(需注意防止燃燒)或者進(jìn)行過濾等方法.但有時(shí)，雖經(jīng)數(shù)種處理，亦不奏效.所以如此，主要是由于對乳狀溶液的成因未加分析.例如，在提取含有表面活性劑的溶液時(shí)，形成的乳狀溶液.當(dāng)條件許可時(shí)，只要改變?nèi)芤旱膒H值就能分層.而當(dāng)乳化現(xiàn)象是由于少量輕質(zhì)固體存在，那末只要通過過濾就能迅速分層.唯過濾速度極慢，最好在未用溶劑振搖前，先行濾去輕質(zhì)固體，必要時(shí)可加少量吸附劑或助濾劑(滑石粉或活性炭等)，所得澄清濾再以溶劑提取，操作較為方便又有形成乳狀溶液是由于溶液的比重極為接近，因而，只要溶解無機(jī)鹽于水溶液中，高其比重后，即可迅速分層.此外還須指出，用無機(jī)鹽飽和水溶液后，能明顯降低有機(jī)物質(zhì)在水中的溶解度，確有提高提效率的作用.在提取時(shí)，亦會(huì)遇到某些有機(jī)弱堿或弱酸的類，因在水溶液中能發(fā)生一定程度的離解，以有機(jī)溶劑時(shí)，它們極易被提出，例如5-甲基-2-異丙基苯酚鈉水溶液用乙醚提取一次，可提出6-甲基-2-異丙基苯酚88％，同地，很多有機(jī)弱堿或弱酸的鹽類有類似的情況.為了避免有機(jī)弱堿或弱酸的鹽被提出，必需在溶液中加入過多的酸或堿方能達(dá)到順利提取的目的。
2.連續(xù)提取方法:這種方法，實(shí)驗(yàn)室中亦常用，主要用于提取某些物質(zhì)在溶液中的溶解度極大，用分次提取，效率很差的情況它是利用一套儀器，使溶劑在進(jìn)行提取后，自動(dòng)流入加熱器中，蒸發(fā)成為氣體，遇冷凝器復(fù)成液體，再進(jìn)行提取.如此循環(huán)不已，即能提出極大部分的物質(zhì)、此法的提取效率甚高溶劑用量很少.唯一的缺點(diǎn)是操作時(shí)間較長不過，該法不適用于因受熱分解或變色的物質(zhì).選擇連續(xù)提取方法時(shí)，需視所用溶劑的比重大于或小于被提取溶液比重的情況，而采用不同式樣的儀器，但都是基于同一原理，現(xiàn)僅舉兩種類型的裝置圖為例(可結(jié)合工作的實(shí)際需要，自行設(shè)計(jì)或政裝).圖2.4.1為用輕溶劑連續(xù)提取的裝置，圖2.4.2為用重溶劑連續(xù)提取的裝置。
連續(xù)提取效率的優(yōu)劣，主要根據(jù)提取溶劑對被提取物質(zhì)的溶解度選擇性，溶劑在溶液中分散的程度以及溶劑在溶液中所經(jīng)過的時(shí)間.因之，在進(jìn)行連續(xù)提取時(shí)，必需安裝溶劑分散器(多孔球或板)和應(yīng)用長柱形的器皿盛裝溶液，這樣才能達(dá)到提取效率高、操作時(shí)間短的連續(xù)提取、在連續(xù)提取時(shí)，有時(shí)出現(xiàn)提取溶劑浮升至液面或沉入瓶底較緩慢甚至沒有液滴從分散器小孔逸出的情況，只需改變?nèi)芤旱谋戎鼗蛱岣叻e貯溶劑的小漏斗位置，即能順利地進(jìn)行提取.
(三)提取溶劑的選擇：提取溶劑的選擇是隨著被提取物質(zhì)本身的性質(zhì)而定的，一般講，難溶于水的物質(zhì)用石油等提?。惠^易溶者，用乙醚或苯提??；易溶于水的物質(zhì)用醋酸乙酯或其他類似溶劑來提取.例如，若用乙醚提取水中的草酸效果差，若用醋酸乙酯提取，則效果就好.選擇溶劑不僅要考慮溶劑對被提取物質(zhì)的溶解度要大，對雜質(zhì)的溶解度要小，而且還要考慮溶劑的沸點(diǎn)不宜過高.如選擇不當(dāng)，回收溶劑不易，還會(huì)使產(chǎn)品在回收溶劑時(shí)有所破壞.當(dāng)然，被用來提取的溶劑，要有一定的化學(xué)穩(wěn)定性及小的毒性.另外，比重亦要適當(dāng).上述各點(diǎn)僅作為工作中選擇提取溶劑的參考.事實(shí)上不可能合乎理想，只要其中主要的合乎要求，即使有其他一些缺點(diǎn)，亦可采用.
提取操作常常是從水溶液中提出所要的物質(zhì)，表2.4，2是一些常用有機(jī)溶劑在水中的溶解度，（九料化工http://f670.cn/）供參考。
.jpg "表2.4.1 25℃時(shí)，魂珀酸在水和乙醚中的分配")
.jpg "溶劑的連續(xù)提取裝置")
.jpg "常用有機(jī)溶劑在水中的溶解度")
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