1、現代分離方法與技術 主講：林 進 教授（專業選修課）緒 論分離(separation)是利用混合物中各組分在物理性質或化學性質上的差異，通過適當的裝置或方法，使各組分分配至不同的空間區域或者在不同的時間依次分配至同一空間區域的過程。通俗地講，就是將某種或某類物質從復雜的混合物中分離出來，使之與其他物質分開，以相對純的形式存在。實際上，分離只是一個相對的概念，人們不可能將一種物質從混合物中百分之百地分離出來。電子工業中所使用的高純硅，即使它的純度達到了99.9999%，其中仍然含有0.0001%的其他物質。 一、學習有機分離方法與技術的重要性經過化學反應所合成的有機化合物，一般總是與許多其它物質

2、（包括反應原料、副產物、溶劑等）共存于反應體系中，因此在有機制備中，常需要從復雜的混合物中分離出所要的產品。有機制備分離是有機實驗的主要組成部分，是對有機理論的驗證過程。學習有機制備分離技術是培養與提高實驗技能的重要內容。隨著近代有機合成的發展，分離提純技術越來越顯示它的重要性。對于藥學和化學工作者來說，具有熟練的分離和純化的操作技術，是進行藥物研究和化學研究的重要前提。 二、現代分離方法與技術的內容第一章 萃取技術第二章 重結晶與沉淀技術第三章 蒸餾技術 第四章 薄層色譜技術 第五章 紙色譜技術 第六章 柱色譜分離技術 第七章 無水無氧實驗技術 本課程將主要介紹實驗室中常用的有機反應產物的分

3、離提純技術，重點討論實驗操作和技巧，以及實驗操作中應注意的事項。 第一章 萃取技術使溶質從一種溶劑中轉移到與原溶劑不相混溶的另一種溶劑中，或者使固體混合物中的某一種或某幾種成分轉移到溶劑中去的過程稱為萃取，也叫提取或抽提。 萃取是有機化學實驗室中用來提取、分離和純化有機化合物的常用操作之一，應用萃取可以從固體或液體混合物中分離所需的有機化合物，而以除去物質中的少量雜質為目的的萃取常稱為洗滌。 第一節 液液萃取一、基本原理液液萃取是利用物質在互不相容（或微溶）的兩相溶劑中的溶解度或分配系數不同，而使物質從一種溶液內轉移至另一種溶液中，經反復多次提取將物質提取分離出來的一種技術。 分配定律是萃取方

4、法最主要的理論。物質在不同的溶劑中有著不同的溶解度，一定溫度下，在兩種互不相溶的溶劑中，物質的分子在此兩種溶液中不發生分解、電離、締合和溶劑化等作用時，則此物質在兩液內濃度的比是一個定值，不論所加物質的量是多少都是如此，用公式表示，即： CA/ CB = K (常數，即分配系數) CA、CB表示一種物質在兩種互不相溶的液體中的濃度。大量實驗表明，在不同濃度下，特別是在低濃度下，雖然CA與CB的比值并不完全等于其溶解度的比值，但偏差甚小，所以分配系數K可以被近似地認為是溶質在兩溶劑中的溶解度之比。從理論上講，有限次數的液液萃取不可能把一種溶劑中的溶質全部轉移到另一種溶劑中去，而實際工作中也只需要

5、將絕大部分溶質轉移到萃取溶劑中去就可以了。利用分配定律的關系，就可以計算經過萃取后仍留在原溶液中的溶質量。 洗滌常用于從化合物中除去少量雜質或分離混合物，萃取劑一般用5氫氧化鈉、5或10的碳酸鈉、飽和碳酸氫鈉溶液、稀鹽酸、稀硫酸及濃硫酸等。堿性的萃取劑可以從有機相中移出有機酸，或從溶于有機溶劑的有機化合物中除去酸性雜質（酸性雜質成鹽溶于水中）。酸性的萃取劑可從混合物中萃取出堿性物質或用于除去堿性雜質。濃硫酸則可用于從飽和烴中除去不飽和烴，從鹵代烷中除去醇及醚等。大多數情況下，當雜質既非酸性又非堿性時，可用蒸餾水洗滌，以除去各種無機雜質。 二、萃取溶劑的選擇 溶劑對萃取分離效果的影響很大，選擇合

6、適萃取劑的原則如下：一般從水中萃取有機物，要求溶劑在水中溶解度很小或幾乎不溶；被萃取物在溶劑中要比在水中溶解度大；對雜質溶解度要小；溶劑化學穩定性好，與水和被萃取物都不反應；溶劑沸點不宜過高，萃取后溶劑應易于用常壓蒸餾回收；此外，價格便宜、操作方便、毒性小，黏度小、密度適當也是應考慮的條件。 在實際中能完全滿足這些條件的溶劑幾乎是不存在的，故只能擇優選用。一般地講：難溶于水的物質用石油醚提取；較易溶于水的物質，用乙醚或苯萃取；易溶于水的物質則用乙酸乙酯或類似的物質萃取效果較好。 從其他溶劑中萃取有機物時，可參照以上原則選擇合適的萃取溶劑。 三、萃取方法及操作1. 分次萃取 實驗室中用得最多的水

7、溶液中物質的萃取。最常使用的萃取儀器是分液漏斗。其中（a）為球形分液漏斗，（b）為梨形分液漏斗。 漏斗越長，振搖之后分層所需的時間也越長。當兩液體密度接近時，采用球形分液漏斗較為合適。 基 本 操 作 萃取時，先將漏斗置于固定在鐵架臺上的鐵圈中，關好下部活塞。 取下上部塞子，從漏斗的上口將被萃取的溶液倒入分液漏斗中，然后加入萃取劑（如果是洗滌，應先將水溶液分離后再加入洗滌溶液）。 幾次搖蕩、放氣后，把漏斗架在鐵圈上。并把上口塞子上的小槽對準漏斗口頸上的通氣孔，靜置分層。待液體分層后，下層液體由下部支管放出，上層液體應由上口倒出。將萃取相（即有機相）放入一個干燥好的錐形瓶中，萃余相（即水相）再加

8、入萃取劑繼續萃取。重復以上操作過程，一般萃取35次即可。 萃取結束后，合并所有萃取液，加入合適的干燥劑進行干燥。 干燥后，蒸去溶劑，再根據所得化合物的性質可通過蒸餾、重結晶等其他方法進一步純化。 萃取操作的注意事項和技巧 (1) 萃取前一定要檢查分液漏斗的塞子和活塞是否滲漏，確認不滲漏時方可使用。注意塞子不涂真空脂或凡士林，活塞不能涂得太多，以免玷污萃取液。(2) 萃取時，應選擇一個比被萃取溶液體積大23倍的分液漏斗。萃取劑一般為被萃取溶液體積的1/3左右，總體積不得超過分液漏斗容積的3/4。 分液漏斗中的溶液和溶劑不可太滿，否則振搖時不能使溶液和溶劑充分接觸，影響物質在兩相中的分配，降低萃取

9、效果。 (3) 將分液漏斗活塞關嚴后，再加入溶液，以免溶液流失，影響產率。另外，溶液倒入前或在靜置過程中，應在漏斗下方置一三角燒瓶或燒杯作為接收器，以備操作錯誤時補救。 (4) 振搖時，應及時排氣，以免分液漏斗內壓過高，溶液從玻璃接縫中滲出，甚至可能沖掉塞子，造成產品損失或打掉塞子。特別嚴重時會引起漏斗爆炸，造成傷人事故。 用乙醚萃取時，應特別注意周圍不要有明火。振蕩時，用力要小，時間要短，多搖多放氣。否則，蒸氣過大，液體沖出而損失。 特別注意用碳酸鈉溶液洗滌附有酸性液體時，因有二氧化碳產生，更應及時排氣，以免導致液體沖出或造成事故。 (5) 振搖的目的是為了增加互不相溶的兩相間的接觸面積，使

10、在短時間內達到分配平衡，以便提高萃取效率，因此振搖應劇烈（對于易氣化的溶劑，開始振搖時可稍緩和些）。(6) 振搖后，靜置要充分，分層完全后再分離。若有乳化現象出現，破乳后，再分離。靜置分層時要旋轉頂部塞子，使出氣槽對準小孔，或去掉塞子，這樣不僅分層速度快，也可避免放液體時流不出來。 (7) 溶液分離時，要按照下層液體由下部支管放出，上層液體應由上口倒出的原則。如果上層液體也經過活塞放出，則漏斗下部支管所附著的殘液就會把上層液體弄臟。 打開活塞放出下層液體時要緩慢，如果下層放得太快，漏斗壁上附著的一層下層液膜來不及隨下層分出。所以應在下層將要放完時，關閉活塞靜置幾分鐘，然后再重新打開活塞分液，特

11、別是最后一次萃取更應如此。 (8) 萃取或洗滌過程中，上下兩層液體都應保留至實驗完畢，否則，如果中間的操作失誤，便無法補救。(9) 一般情況下，液層分離時密度大的溶劑在下層，但也有例外，因為溶質的性質及濃度可能使兩種溶液的相對密度顛倒過來，所以要特別留心。 如果遇到兩液層分辨不清時，可用試管取少量下層液體，加入水后看是否分層，若不分層說明下層為水層，否則為有機層。 為保險起見，最好將兩層液體都保留，直至對每一液層確認無誤為止。否則可能誤將所需要的液層棄去，悔之莫及。 2. 連續萃取連續提取方法是利用一套儀器，使溶劑在進行提取后，自動流入加熱器中。蒸發成為氣體，遇冷凝器復成液體，再進行提取，如此

12、循環不已，即能用較少的溶劑提取出絕大部分的物質。主要用于提取某些物質在溶液中的溶解度極大而在萃取劑中溶解度較小時，用分次提取，效率很差的情況。此法的提取效率甚高，溶劑用量很少，唯一的缺點是操作時間較長。另外，該法不適用于因受熱分解或變色的物質。 選擇連續提取方法時，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，但都是基于同一分離原理。 輕溶劑萃取器 重溶劑萃取器 可采取的破乳措施(1) 采取長時間靜置。(2) 利用鹽析效應。在水溶液中先加入一定量電解質（如氯化鈉）或加飽和食鹽水溶液，以提高水相的密度，同時又可以減少有機物在水相中的溶解度。(3) 改變表面張力。如滴加數

13、滴醇類化合物。(4) 加熱破壞乳狀液（注意防止易燃溶劑著火）。(5) 過濾。除去少量輕質固體物（必要時可加入少量吸附劑，濾除絮狀固體）。(6) 改變pH值。如在萃取含有表面活性劑的溶液時形成乳狀溶液，當實驗條件允許時，可小心地改變pH值，使之分層。(7) 加入過量的酸或堿。當遇到某些有機堿或弱酸的鹽類，因在水溶液中能發生一定程度解離，很易被有機溶劑萃取出水相，為此，在溶液中要加入過量的酸或堿，既能破乳又能達到順利萃取之目的。 (8) 輕搖與攪動。遇到輕度乳化，可將溶液在分液漏斗中輕輕旋搖，或緩緩地攪拌，對破乳有時會有幫助。 (9) 預防。如果通過先前的實驗已知一溶液有形成乳濁液的傾向，那么混合

14、時應該緩慢，振搖時也不宜劇烈，要用緩緩的旋搖代替振搖進行萃取，或者用緩緩地將分液漏斗翻轉數次的辦法也行，總之，在這些情況中都切忌劇烈振搖分液漏斗。 五、液體的干燥在蒸掉溶劑和進一步提純所萃取物質之前，常常需要用干燥劑從有機層除去水分，以防止少量水與液體有機化合物生成共沸混合物，或少量水與有機物在加熱下發生化學反應而影響產品純度。 1. 干燥劑的分類(1) 能與水結合成水合物的干燥劑，如氯化鈣、硫酸鎂和硫酸鈉等。(2) 與水起化學反應，形成另一種化合物的干燥劑，如金屬鈉、五氧化二磷、氧化鈣等。 干燥溶液常用的干燥劑多是一些無水的無機鹽或無機氧化物，它在暴露于濕空氣或濕溶液中時要獲得水，從而達到干

15、燥之目的。 2. 干燥劑的選擇選擇干燥劑時，首先必須考慮干燥劑和被干燥的物質的性質。能和被干燥物質起化學反應的以及能形成配合物的干燥劑，通常不能使用；干燥劑也不能溶解于被干燥物質的液體里；另外還要考慮干燥劑的干燥能力、干燥速度和價格等。 3. 溶液干燥度的判斷如果溶液是含水的，那么干燥劑通常總是結成團塊，而且與瓶壁粘在一起。在一些極端的情況中，甚至可以看到干燥劑已溶解于在瓶底形成的水相中。如果溶液已基本不含水，那么干燥劑不再結塊，不粘壁，搖動時能在瓶底自由移動。無水的溶液則顯得澄清透明，含水的溶液通常處于混濁狀態。 但液體的澄清并不一定說明已不含水分，澄清與否和水在該化合物中的溶解度有關。 4

16、. 干燥劑的吸水量和干燥效能干燥劑的吸水量是指單位重量的干燥劑所能吸收的水量；干燥效能是指當已達到干燥平衡時液體干燥的程度，對于形成水合物的無機鹽干燥劑，常用吸水后結晶水的蒸氣壓來表示，蒸氣壓越大，干燥效能越弱。 例如，硫酸鈉形成10個結晶水的水合物，其吸水量達1.25；氯化鈣最多能形成6個結晶水的水合物，其吸水量為0.97。兩者在25時水蒸氣壓分別為1.92 mmHg及0.30 mmHg。 因此硫酸鈉的吸水量較大，但干燥效能弱；而氯化鈣的吸水量較小，但干燥效能強。 一定量的不同干燥劑，并不全都吸收同樣數量的水，它們也不會將溶液干燥到同樣程度。所以在干燥含水量較多而又不易干燥的（含有親水性基團

17、）化合物時，常先用吸水量較大的干燥劑除去大部分水分，然后再用干燥效能強的干燥劑進一步干燥。 5. 常用的干燥劑(1) 無水硫酸鎂：是很好的中性干燥劑，吸水作用快（48以下形成MgSO4nH2O，n=17），價格便宜。可用于干燥不能用氯化鈣干燥的許多物質，如醛和某些酯。但鎂離子有其缺點，它有時會導致化合物（例如環氧化物）發生重排反應。它本身是Lewis酸。 (2) 無水硫酸鈉：是干燥劑中最常用的一個，它是中性的，而且很有效(32.4以下形成Na2SO410H2O)，使用范圍廣，但它的吸水速度慢，且最后殘留的少量水分不易除盡。因此常用于含水量較多的溶液的初步干燥，殘留的少量水分再用其它強干燥劑除去

18、。它還必須在室溫時使用方會有效，它不能用于沸騰的溶劑。因為其水合物Na2SO410H2O在32.4就要分解。 (3) 無水碳酸鉀：干燥能力一般(形成K2CO32H2O)，干燥速度慢，本身是個堿，故可供干燥堿性溶液。一般用于水溶性醇和酮的初步干燥，但不能干燥酸性物質。(4) 無水氯化鈣：是個良好干燥劑，吸水能力大（30以下形成CaCl26H2O），價格便宜。但不能用于大多數含氧或含氮化合物，因為能夠與它形成絡合物。氯化鈣除能吸水外，也能吸收甲醇和乙醇，因此它除了作為干燥劑外還對除去甲醇、乙醇溶劑有用處。工業無水氯化鈣往往還含有一定量氫氧化鈣，因此，這一干燥劑不能用于酸或酸性物質的干燥。(5) 無

19、水硫酸鈣：干燥速度快，干燥得很完全，與水形成相當穩定的水合物（2CaSO4H2O），但其吸水量低，一般用于第二次干燥用（即在無水硫酸鎂、無水硫酸鈉干燥后作最后干燥用）。(6) 氧化鈣：適用于低級醇的干燥。氧化鈣和氫氧化鈣均不溶于醇類，對熱都很穩定，又不揮發，故不必從醇中除去，即可對醇進行蒸餾。由于呈堿性，所以不適合酸類和酯類化合物的干燥。 (7) 氫氧化鈉與氫氧化鉀：用于胺類的干燥比較有效。由于它們能與許多物質起反應（酸、酚、酯、酰胺等），也能溶于某些液體的有機化合物中，所以它的應用范圍很有限。 (8) 金屬鈉：干燥效能強，干燥速度快，用于干燥醚、脂肪烴和芳香烴等不含活潑氫的有機物。這些物質在

20、用金屬鈉干燥前，首先要用無水氯化鈣等干燥劑把其中大部分水分去除。使用時，金屬鈉要切成薄片或壓成鈉絲，以增加鈉與液體的接觸面。(9) 五氧化二磷：干燥效能強，干燥速度快，適于干燥醚、烴、鹵代烴、腈等中的少量水分。不適用于醇、酸、胺、酮等的干燥。 (10) 氫化鈣：堿性干燥劑，干燥效能強，但干燥速度慢，適于干燥堿性、中性、弱酸性化合物。 (11) 分子篩：物理吸附，吸水量約0.25，干燥效能強，干燥速度快，適用于各類有機物的干燥。 分子篩為硅鋁酸鹽的商品名稱，具有一定直徑小孔的結晶形結構。分子篩宜用于除去微量的水分，倘若水分過多，應先用其它干燥劑進行去水，然后再用分子篩干燥。使用分子篩時，介質的p

21、H值應控制在512之間。 新買來的分子篩使用前應先活化、脫水，溫度為50010，在常壓下烘2h。溫度過高或過低均會影響吸附量。超過600時，則分子篩的晶體結構會被破壞，從而降低或喪失其吸附能力。活化后的分子篩待冷至200左右，應立即取出存于干燥器備用。有機物干燥劑醇類無水碳酸鉀、無水硫酸鎂、無水硫酸鈣、生石灰鹵代烷、芳鹵烴化物無水氯化鈣、無水硫酸鈉、無水硫酸鎂、無水硫酸鈣、五氧化二磷烷烴、芳香烴無水氯化鈣、無水硫酸鈣、金屬鈉、五氧化二磷醛類無水硫酸鈉、無水硫酸鎂、無水硫酸鈣酮類無水硫酸鈉、無水硫酸鎂、無水硫酸鈣、無水碳酸鉀酯類無水硫酸鈉、無水硫酸鎂、無水硫酸鈣醚類無水氯化鈣、無水硫酸鈣、金屬鈉

22、、氫化鋰鋁酰鹵類無水硫酸鈉、無水硫酸鎂有機堿（胺類）固體氫氧化鉀或氫氧化鈉、生石灰、氧化鋇、無水碳酸鈉有機酸無水硫酸鈉、無水硫酸鎂、無水硫酸鈣含硝基和腈的化合物無水氯化鈣、無水硫酸鈉、無水硫酸鎂各類有機物常用的干燥劑6. 干燥操作方法通常把待干燥的液體置于錐形瓶中，加入適量干燥劑，一起振蕩，然后放置一定時間。或置于電磁攪拌器上攪拌一定時間，然后將溶液和干燥劑分離。 干燥操作的注意事項(1) 干燥前應把被干燥液體中的水分盡可能分離干凈，不應有任何可見的水層或懸浮水珠。(2) 干燥劑的用量不能過多，否則由于固體干燥劑的表面吸附，被干燥物質會有較多的損失；如果干燥劑用量太少，干燥不徹底，效果差。一般

23、干燥劑的用量為每10 mL液體約需0.51g。 但由于液體產品中含水量不同，干燥劑的容量不同，溫度不同，故不能一概而論。應先加入少量干燥劑后靜置一段時間，觀察用量不足時再補加。(3) 所用的干燥劑顆粒不要太大，但也不要呈粉狀。如果顆粒太大，則表面積減小，吸水作用不大，所需時間長；而粉狀干燥劑的表面積大，吸水作用大，時間短，但會吸附較多的被干燥液體而造成損失，同時在干燥過程中容易成泥狀，分離困難。 (4) 干燥一般在室溫下進行。無機鹽類干燥劑生成水合物的反應是可逆的，在不同的溫度下有不同的平衡。在較低溫度下水合物較穩定，在較高溫度下則會有較多的結晶水釋放出來，溫度越低，干燥劑的干燥效果越大，所以

24、在較低溫度下干燥有利。(5) 干燥劑成為水合物需要有一個平衡過程，因此液體有機物進行干燥時需放置一定時間。干燥所需的時間因干燥劑的種類不同而不同，通常需要過夜，最少也需2 h。 (6) 對于金屬鈉、五氧化二磷、氫化鈣一類干燥劑來說，常把它們和被干燥物質一起加熱，以加快除水速度。 (7) 蒸餾前，必須將干燥劑與溶液分離。對于某些干燥劑如金屬鈉、五氧化二磷、氫化鈣等，由于它們和水反應后生成比較穩定的產物，有時可不必過濾而直接進行蒸餾。 第三節 固液萃取 固液萃取的原理與液液萃取類似。常用的方法有固液分次萃取（浸出法、浸取法）和固液連續萃取（熱提取法）。 一、固液分次萃取用溶劑一次次地將固體物質中的

25、某個或幾個成分萃取出來，可直接將固體物質加于溶液中浸泡一段時間，然后濾出固體再用新溶劑浸泡，如此重復操作直到基本萃取完全后合并所得溶液，蒸餾回收溶劑，再用其他方法分離純化。 這種方法的萃取階段很像民間“泡藥酒”的方法，由于需要溶劑量大，費時長，萃取效率不高，實驗室中較少使用。 熱溶劑分次萃取效率較高，可采用回流裝置，將被萃取固體放在圓底燒瓶中，加入萃取劑，加熱回流一段時間，用傾瀉法或過濾法分出溶液，再加入新溶劑進行下一次的萃取。生活中最常見的就是熬中藥、泡茶。該法不適用于因受熱分解或變色的物質。 回流裝置二、固液連續萃取在實驗室里，從固體物質中萃取所需的成分，通常是在Soxhlet提取器（索氏

26、提取器，也叫脂肪提取器）中進行的，如下圖所示。它利用溶劑回流及虹吸原理，使固體物質每次都能為純的溶劑所浸潤、萃取，因而效率高。 該法的特點是操作簡單，效率極高，又節省溶劑。 缺點：對受熱易分解或變色的物質不宜采用；應用高沸點溶劑進行提取時，采用此儀器亦是不合適的。 基 本 操 作將裝好了被萃取固體的濾紙筒放進萃取器中，萃取器的下端與盛有溶劑的圓底（或平底）燒瓶相連，上端接回流冷凝管。 加熱燒瓶使溶劑沸騰，蒸氣沿側管上升進入冷凝管，被冷凝下來的溶劑不斷地滴入濾紙筒中。當萃取器內溶劑的液面超過虹吸管的最高點時，因虹吸作用萃取液自動流入圓底燒瓶中并再度被蒸發。 如此循環往復，被萃取的成分就會不斷地被

27、萃取出來，并在圓底燒瓶中富集。一般費時數小時才能完成。然后用其他方法分離純化。 使用Soxhlet提取器時的注意事項 (1) 萃取前先將固體物質研細，以增大萃取面積，提高萃取效率。 (2) 濾紙筒的下口一定要扎好，濾紙筒上口向內疊成凹形，再蓋上一層直徑略小于紙筒的濾紙片，以防止固體粉末漏出堵塞虹吸管。(3) 濾紙筒的直徑應略小于萃取器的內徑，以便于取放。 (4) 筒中所裝的固體物質的高度應低于虹吸管的最高點，使萃取劑能充分浸潤被萃取物質。 第四節 膜萃取(membrane extraction) 膜萃取是膜過程與液液萃取過程集合形成的一種新型分離技術，其萃取過程與常規萃取過程中的傳質、反萃取過

28、程十分相似，因此又稱為微孔膜液液萃取，但其傳質是在有機溶劑和水溶液相接觸的固定界面層上完成的，故又被稱為固定界面層膜萃取，簡稱膜基溶劑萃取或膜萃取。 膜萃取的原理及特點 膜萃取就是將一微孔膜置于原料液與萃取劑之間，因萃取劑對膜的浸潤性而迅速地浸透膜的每個微孔并與膜另一側原料液相接觸形成穩定界面層，微分離溶質透過界面層從原料液移到萃取劑中。膜萃取的動力是壓力差。膜萃取過程中不存在通常萃取過程中液滴的分散和聚合現象，作為一種新的膜分離技術，膜萃取過程有其特殊的優勢： (1) 膜萃取由于沒有相的分散和聚結過程，可以減少萃取劑在料液中的夾帶損失，有機溶劑用量少，可以使用某些價格稍高的有機溶劑，同時簡化

29、了操作手續，節省了龐大的澄清設備。(2) 膜萃取時料液相和溶劑相各自在膜兩側流動，并不形成直接的液液兩相流動。在選擇萃取劑時對其物性要求大大放寬，可使用一些高濃度的高效萃取劑。(3) 在膜萃取過程中兩相分別在膜兩側作單相流動，使過程免受“返混”的影響和“液泛”條件的限制。(4) 膜萃取過程可以較好地發揮化工單元操作中的某些優勢，提高過程的傳質效率，如實現同級萃取反萃過程，采用萃合物載體促進遷移等。(5) 料液相與溶劑相在膜兩側同時存在，可以避免與其相似的支撐液膜內溶劑的流失問題。膜萃取過程一般采用中空纖維膜器和槽式膜萃取器，其中中空纖維膜器最適合于工業應用。中空纖維膜萃取原理示意圖如下：第五節

30、 超聲波輔助萃取 超聲波萃取(Ultrasound extraction, UE)，亦稱為超聲波輔助萃取、超聲波提取，是利用超聲波輻射壓強產生的強烈空化效應、擾動效應、高加速度、擊碎和攪拌作用等多級效應，增大物質分子運動頻率和速度，增加溶劑穿透力，從而加速目標成分進入溶劑，促進提取的進行。 超聲波萃取的原理 超聲波是指頻率為20kHz50MHz的電磁波，它是一種機械波，需要能量載體介質來進行傳播。其穿過介質時，會產生膨脹和壓縮2個過程。超聲波能產生并傳遞強大的能量，給予介質極大的加速度。這種能量作用于液體時，膨脹過程會形成負壓。如果超聲波能量足夠強，膨脹過程就會在液體中生成氣泡或將液體撕裂成很

31、小的空穴。這些空穴瞬間即閉合，閉合時產生高達3000MPa的瞬間壓力，稱為空化作用。 這樣連續不斷產生的高壓就像一連串小爆炸不斷地沖擊物質顆粒表面，使物質顆粒表面及縫隙中的可溶性活性成分迅速溶出。同時在提取液中還可通過強烈空化，使細胞壁破裂而將細胞內溶物釋放到周圍的提取液體中。利用超聲波的上述效應，從不同類型的樣品中提取各種目標成分是非常有效的。 超聲波萃取技術的特點： 與常規的萃取技術相比，超聲波萃取技術快速、價廉、高效。在某些情況下，甚至比超臨界流體萃取(SFE)和微波輔助萃取還好。 成穴作用增強了系統的極性，這些都會提高萃取效率，使之達到或超過索氏萃取的效率； 超聲波萃取允許添加共萃取劑

32、，以進一步增大液相的極性； 適合不耐熱的目標成分的萃取；在以下2個方面，超聲波萃取優于超臨界流體萃取： 儀器設備簡單，萃取成本低得多； 可提取很多化合物，無論其極性如何，因為超聲波萃取可用任何一種溶劑。超臨界流體萃取事實上只能用CO2作萃取劑，因此僅適合非極性物質的萃取。 與索氏萃取相比，其主要優點有： 操作時間比索氏萃取短。超聲波萃取優于微波輔助萃取體現在： 在某些情況下，比微波輔助萃取速度快； 酸消解中，超聲波萃取比常規微波輔助萃取安全； 多數情況下，超聲波萃取操作步驟少，萃取過程簡單，不易對萃取物造成污染。 超聲波萃取技術的應用： 早在20世紀50年代，人們就把超聲波用于提取花生油和啤酒

33、花中的苦味素、魚組織中的魚油等。目前，超聲波萃取技術已廣泛用于食品、藥物、工業原材料、農業環境等樣品中有機組分或無機組分的分離和提取。 第六節 微波輔助萃取 微波輔助萃取(microwave assisted extraction, MAE)是指利用微波能強化溶劑萃取效率，即利用微波加熱來加速溶劑對固體樣品中目標萃取物(主要是有機化合物)的萃取過程。微波具有波動性、高頻特性以及熱特性或非熱特性(生物效應)等特點。 微波輔助萃取特點：(1) 快速高效。樣品及溶劑中的偶極分子在高頻微波能的作用下，以109/s圈的速度變換其正、負極，產生偶極渦流、離子傳導和高頻率摩擦，從而在短時間內產生大量的熱量。

34、偶極分子旋轉導致的弱氫鍵破裂、離子遷移等加速了溶劑分子對樣品基體的滲透，待分析成分很快溶劑化，使微波萃取時間顯著縮短。(2) 加熱均勻。微波加熱是透入物料內部的能量被物料吸收轉換成熱能對物料加熱，形成獨特的物料受熱方式，整個物料被加熱，無溫度梯度，即微波加熱具有均勻性的優點。(3) 微波加熱具有選擇性。微波對介電性質不同的物料呈現出選擇性的加熱特點，介電常數及介質損耗小的物料，對微波的入射可以說是“透明”的。溶質和溶劑的極性越大，對微波能的吸收越大，升溫越快，促進了萃取速度。而對于不吸收微波的非極性溶劑，微波幾乎不起加熱作用。所以，在選擇萃取劑時一定要考慮到溶劑的極性，以達到最佳效果。(4)

35、生物效應(非熱效應)。由于大多數生物體內含有極性水分子，在微波場的作用下引起強烈的極性震蕩，從而導致細胞分子間氫鍵松弛，細胞膜結構電擊穿破裂，加速了溶劑分子對基體的滲透和待提取成分的溶劑化。因此，利用MAE從生物基體萃取待分析的成分時，能提高萃取效率。 微波輻射技術在食品萃取工業和化學工業上的應用研究雖然起步晚（1986年），但發展很快。微波萃取技術與現有其它的萃取技術相比有明顯的優勢，微波萃取可有效地保護食品、藥品以及其它化工物料中的有用成分；反應或萃取快，產率高；省時（可節省50%90%的時間）；對萃取物具有高選擇性；低耗能，溶劑用量少(可較常規方法少50%90%)；生產線組成簡單，節省投資；無污染，屬于綠色工程。 第七節 超臨界流體萃取 超臨界流體（Supercritical Fluid，簡稱SF或SCF）是指超臨界溫度（Tc）和臨界壓力（Pc）狀態下的高密度流