2.3.2 溶剂萃取法
1.萃取原理
萃取法是常用的系统溶剂分离法，即利用提取物中各成分在两种互不相溶的溶剂中分配系数的不同进行分离的方法。萃取时，分离效率的高低取决于各成分在两相溶剂之间的分配系数。液-液萃取法一般都在常温下进行，无需加热，特别适宜于对热不稳定成分的分离。常用的萃取溶剂有石油醚、三氯甲烷、乙醚、乙酸乙酯、正丁醇或戊醇等溶剂。如果药材的水提取液中所需分离的样品亲脂性强，可以选择石油醚、三氯甲烷、乙醚等亲脂性溶剂进行萃取；如果待分离样品亲脂性弱，则可以选择乙酸乙酯、正丁醇等溶剂进行萃取。如果有机溶剂亲水性强，则与水相进行液-液萃取的效果就不好。
（1）分配系数：在一定温度、一定压强下，溶质在两相溶剂中的分配比为一常数，称为分配系数，用式（2-1）表示。
式中，K—分配系数；C U—溶质在上相溶剂中的浓度；C L—溶质在下相溶剂中的浓度。
假定A、B两种溶质分别用乙酸乙酯和水进行分配萃取。如果A和B均为1g，K A＝10，K B＝0.1，两相溶剂体积相同，用分液漏斗进行一次振摇分配达到平衡后，则有大于90%的A溶质分配到上相的乙酸乙酯层中，在下相的水层中分配不到10%的A溶质；同样，通过一次振摇分配平衡后，B溶质刚好和A溶质相反，留在上相乙酸乙酯层中不到10%，而90%以上分配到下相水中。因此在这样的条件下，A、B两种溶质在乙酸乙酯和水中进行一次分配就可以实现90%的分离。
（2）分离难易与分离因子β：通过对溶质A、B在两相溶剂之间的分配系数的差异，可以将两种溶质进行分离，因此我们采用分离因子β来表示分离的难易。
分离因子β定义为A、B两种溶质在同一溶剂系统中的分配系数的比值，即：
根据式（2-2），上例中的两种溶质的分离因子β＝K A/K B＝10/0.1＝100。
一般情况下，β≥100，仅进行一次简单萃取即可实现基本分离；100≥β≥10，必须进行10～12次萃取；β≤2时，要想达到基本分离，必须进行100次以上的萃取才能完成；β≈1时，即K A≈K B，说明两种溶质的性质非常相近，通过此两相溶剂萃取无法实现分离。在实际工作中，如果两溶质的分离因子β值越大，两溶质的分离效率就越高。因此我们尽量选取分离因子β值大的溶剂系统进行萃取分离，期望简化分离过程，调高分离效率。
（3）分配系数与溶剂系统的pH值：对于酸性、碱性和两性化合物而言，分配比还受溶剂系统pH值的影响，因为pH值的变化直接影响化合物在溶剂中的存在状态，是游离型还是结合型，从而影响其在溶剂系统中的分配系数。
以酸性成分（HA）为例，其在水溶液中会发生解离，解离平衡用下式表示：
解离常数用下式表示：
两侧各取负对数：
K a和p K a都可以表示酸性物质的酸性强弱，酸性越强，K a值越大，p K a值越小，说明该酸性成分完全解离。如果HA完全解离成A—，则：
如果使该酸性物质完全游离，即A—完全转变成H A，则所需的pH值按以下公式计算：
酚类成分的p K a值范围一般为9.2～10.8，羧酸类成分的p K a值约为5，根据上式计算，在pH≤3的时候，大部分酚酸类成分均为游离型（HA）存在，易于分配在有机相溶剂中；而pH≥12的时候，则以解离型（A—）存在，易于分配在水相溶剂中。(www.xing528.com)
同样，碱性成分B的碱性强弱可用K b或p K b来表示：
为了便于与酸性物质的比对，碱性成分的碱性强弱更多以其共轭酸的解离常数来表示，如下所示：
显然，碱性成分的碱性越强，则其共轭酸的酸度越弱，即K a越小，pK a值越大。因此可以根据文献给出的酸性、碱性成分的p K a值结合上述公式计算出不同pH值情况下，物质在溶剂中的存在形式，从而确定萃取溶剂。
一般当pH＜3时，酸性物质多呈游离型（非解离状态）存在，碱性成分则以结合型（解离状态）存在；当pH＞12时，酸性物质多以结合型（解离状态）存在，碱性物质则以游离型（非解离状态）存在。图2-9是通过改变pH值再利用有机溶剂进行萃取、分离酸性、碱性和两性化合物的流程图。
图2-9 通过改变pH值再利用有机溶剂萃取、分离酸性、碱性和两性化合物的流程
2.萃取的操作
天然药物的水提取液，可依次用石油醚、苯、乙醚、三氯甲烷、乙酸乙酯和正丁醇分别进行萃取，或选择其中三种不同极性的溶剂。控制水提取液的浓度，使其相对密度在1.1～1.2之间，若浓度过高导致萃取不完全，浓度过稀时，萃取溶剂用量过多。
当水提取液中各组成成分的分配系数差异较大时，采取分次萃取能达到充分分离的效果。实际萃取操作中，往往选取等量多次萃取。多次萃取效率高于一次萃取效率，具体操作次数应结合待分离成分的分离因子加以确定。
工业化生产中为了节约溶剂，溶剂与水溶液要保持一定量的比例，第一次萃取时，溶剂相对多一些，一般为水提取液的1/3～1/2，以后的用量相对减少，一般为1/6～1/4。萃取操作3～4次即可，或通过实验条件优选确定。
液-液萃取中常遇到乳化问题，影响提取分离操作的进行。乳化主要是由于提取成分中含有表面活性物质（如皂苷、蛋白质、植物胶等）在外力的强烈振摇下，促使互不相溶的两相溶剂在混合分散过程中形成一层牢固的带有电荷的膜，因而阻碍液滴的重新聚结分层。乳化层具有高的分散度，表面积大，表面自由能高，是一个热力学不稳定体系，它有重新聚结分层、降低体系能量的趋势。破乳就是要破坏它的膜和双电层，常用的方法有：①物理法：加热或者长时间放置是常使用的破乳方法；②反应法：如已知乳化层中主要成分，可加入能与之反应的试剂，使之破坏而沉淀，如皂苷类成分可加入酸或者钠盐等，但是要注意尽量避免破坏萃取的有效成分；③离心法：主要是利用相对密度差异促使分层，离心和抽滤中不可忽视一个个液滴压在一起的重力效应，它足以克服双电层的斥力，促进凝聚；④超声法：通过超声方打破形成乳化层的短暂平衡，使其重新进行聚结，从而达到破乳的效果。
3.萃取设备
实验室的萃取大多在分液漏斗、下口瓶中进行。工业生产中大量萃取可在不锈钢制的萃取罐中进行。将提取液与另一不相溶的溶剂放入密闭的萃取罐内，用搅拌机搅拌一定时间，使两相充分混合，再放置后令其分层。也可采用将两相溶液喷雾混合，以增大接触面积、提高萃取效率，也可采用二相溶剂逆流连续萃取装置。
新近采用的微分萃取就是在一个柱式或塔式容器中，两项液体分别从顶部和底部进入，并相向流过萃取设备，目标产物则从一相传递到另一相，从而实现产物萃取分离的目的。其特点是两相液体连续相向流过设备，萃取操作速度快，但是没有充分的沉降分离时间，因而目标产物在两相溶剂间未达平衡状态。因此微分萃取操作只适用于两相溶剂存在较大密度差异的情况。图2-10为常见的三种典型微分萃取设备结构示意图。此外，文丘里混合器、螺旋输送混合器也常用于萃取操作。
图2-10 三种常见的微分萃取塔
（a）多层填料萃取塔 （b）多级搅拌萃取塔 （c）转盘萃取塔
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
