几种常用分离提取设备的分离提取技术

第8卷　第3期2010年6月实验科学与技术

Experi m ent Science and Technol ogy Vol 18No 13Jun 12010

几种常用分离提取设备的分离提取技术

林　琎, 杜　磊, 罗万春

(山东农业大学植保学院, 山东泰安　271018)

摘要:介绍了植物源农药开发过程中常用的几种分离提取仪器设备, 即索式提取器、闪式提取器、旋转蒸发仪和中压液相

制备色谱。分别从仪器使用范围、组成、原理、基本操作和使用注意事项等方面做了详细介绍和分析, 并针对经典提取分离路线的不足, 提出了两条快速、安全且能高效提取植物中活性物质的分离提取路线。关　键　词:索式提取器; 闪式提取器; 旋转蒸发仪; 中压液相制备色谱中图分类号:O6-332　　文献标志码:A 　　文章编号:1672-4550(2010-0004-04

Separati on and Co mmonly

L I N J in, DU Lei, LUO W an 2chun

(I nstitute of Plant Pr otecti on, Shandong Agricultural University, Taian 　271018, China )

Abstract:This paper describes the several commonly 2used separati on and extracti on equi pments in the devel opment p r ocess of botani 2cal pesticides . These equi pments are s oxhlet extract or, flash 2type extract or, r otary evaporat or and the p reparati on of mediu m -p res 2sure liquid chr omat ography . It p resents s ome i m portant equi pments inf or mati on, such as app licati on scope, compositi on, p rinci p le, the basic operati on and notices of usage . Considering the shortcom ings of classic r oad map in extracti on and separati on, one p r oposes t w o faster, safer and more efficient r oad map s .

Key words:s oxhlet extract or; flash 2type extract or; r otary evaporat or; mediu m 2p ressure liquid chr omat ography

1　引　言

植物源农药即利用植物资源开发的农药。开发

的过程会用到分离提取仪器设备, 本文对几种常用分离提取仪器设备做简要介绍, 旨在使植物源农药工作者在试验过程中能更好地使用分离提取设备, 提高分离提取技术。

213　索氏提取器原理

2　索氏提取器

211　索氏提取器应用范围

一般来讲, 如果待提纯样品在溶剂中溶解度是

有限的, 而杂质不溶于这种溶剂, 即可用索氏提取器进行提取。212　索氏提取器组成索氏提取器由加热、抽提和溶剂回收、冷却3大系统组成。

收稿日期:2009-12-28; 修改日期:2010-03-12基金项目:山东省精品课程基金资助项目(200873135) 。作者简介:林　琎(1978-) , 女, 硕士, 助理实验师, 主

要从事实验室管理工作。

索氏提取器利用了溶剂回流和虹吸两个原理, 使固体物质连续不断地被纯溶剂所萃取。溶剂沸腾蒸汽通过侧管上升后, 被冷凝成液体, 滴入套筒中, 浸润固体物质, 当套筒内溶剂液面超过虹吸管的最高处时, 即发生虹吸, 流入烧瓶中。通过反复的回流和虹吸, 将固体物质富集在烧瓶中。214　索氏提取器使用操作

用厚滤纸制成筒, 加样品用绳扎紧, 放入索提的套管中, 接好烧瓶和冷凝管; 调节合适的冷凝水流速, 加热回流并虹吸, 继续蒸馏, 多次循环后活性物质主要集中于烧瓶; 提取完毕, 倒出溶剂, 即可进行减压浓缩, 剩下的固体样品留在套管中, 一般就废弃掉了。215　索氏提取器优点

这套装置的优点在于反复萃取蒸馏后, 只需回收一批溶剂, 没有三废外泄; 试剂可回收利用, 减少化验成本, 并能做到浸泡、抽提溶剂、回收一次完成。216　索氏提取器使用注意事项

1) 虹吸管易折断, 安装和实验过程中需小心。

第8卷　第3期林　琎, 等:几种常用分离提取设备的分离提取技术・5・

2) 用滤纸包待提样品时要严实, 防止待提样

品粉末漏出堵塞虹吸管; 滤纸包大小要合适, 既能紧贴套管内壁, 又能方便取放, 且其高度不能超出虹吸管高度。

3　闪式提取器

311　闪式提取器组成

闪式提取器由高速电机、破碎提取刀头和控制系统3部分组成。312　闪式提取器的原理

闪式提取器主要工作原理是:高速电机带动内刀高速旋转, , 时外刀腔内产生强大负压, 渗透现象, 、撞等各种外力作用下、解离、溶解、替代、脱离, 迅速进入溶剂中, 瞬间达到溶剂浓度的平衡, 数秒内完成提取过程。此过程巧妙结合了剪切、真空、渗透、流体动力等原理, 实现了技术间的组合相承。大量实验证明, 该设备提取效

[1-2]

率优于煎煮、回流和渗漉等传统方法。313　闪式提取器的使用

1) 对待提样品的要求:待提样品直径应小于外刀腔的直径, 方便样品进入外刀腔。如:JHBE -50S 型外刀腔直径为218c m , 要求组织直径不能大于218c m , 以210c m 以下为宜。

2) 对溶剂的要求:首先选用最合适的溶剂, 溶剂量为容器的

70为宜。JHBE -50S 型标准容器为1500mL, 加入的溶剂量应小于1000mL 。样品在容器中堆积的高度以溶剂的1/2为宜, 这样即可顺利启动电机并达到最佳动力输出。

3) 快速启动电机。刀片工作前5s 需有足够劲的动力使内刀旋转起来并切碎样品。所以要求启动时迅速将转速调到4档或5档, 如果旋纽调到位后刀片没有旋转起来, 则可能是被大块的样品颗粒卡住了, 需要立即将旋钮回零, 把电机升起来, 掏出卡在里面的大块颗粒后, 重新再试。

4) 添加样品。添加样品要少量多次, 均匀加入, 注意观察电机的运行速度和工作声音, 不要一次加入过多而导致“噎死”。JHBE -50型配置的容器加样量不超过500g 。电机连续运行时间不要超过2m in 。

5) 如何节省溶剂:如需提取大量样品又想节省溶剂, 可在操作前准备4个配置容器编号后, 用1号和2号容器分别提取, 将上清液倒入3号容器, 加入适量样品, 继续提取, 这样顺次轮流, 可

节约部分溶剂。为提高提取收率, 可将过滤后滤渣用溶剂浸泡10m in 左右, 再用闪式提取器进行2次提取, 若是贵重样品, 可进行3次或4次提取, 试验证明, 四次提取后收率就很低了。314　闪式提取器的优点

1) 快速、高效、安全。最多2m in 即可完成对容器内物料的彻底提取。且内刀在外刀腔内高速旋转, 保证了最大的安全性。

2) 常温提取。该仪器能在常温下于适当溶剂中工作, 。

3, 、甲醇、乙醇、冷热水等作为溶剂进行提取; 可单品种提取, 也可多品种混合提取。

4) 节能降耗。JHBE -50型所配电机额定功率为840W , 一次提取耗电01014k W ・h (1m in ) , 与同功率回流提取法2h 耗电1168k W ・h 相比, 耗能仅为其1/120,显著降低了研究和生产成本。

4　旋转蒸发仪

411　旋转蒸发仪的应用范围

主要用于减压蒸馏大量易挥发性溶剂, 如浸提液的浓缩和色谱分离时接收馏分的蒸馏, 还可分离和纯化反应产物。412　旋转蒸发仪的组成

由加热装置、蒸发瓶、旋转电机、升降臂、冷凝装置、溶剂接收装置和真空减压装置等部分组成。413　旋转蒸发仪原理

电机带动烧瓶恒速旋转增大蒸发面积, 同时置于水浴锅中恒温加热, 通过真空泵使蒸发烧瓶处于负压状态, 瓶内溶液在负压旋转烧瓶内进行加热扩散蒸发。414　旋转蒸发仪的使用操作

连接各部分, 在蒸发瓶中放入待浓缩样品, 打开真空泵和冷凝水开关, 水浴锅加热; 将蒸发瓶调速旋钮旋到最小, 打开电源, 升降臂调至合适高度, 缓缓将调速旋钮旋至所需转速; 调节真空度或加热温度得到最适蒸馏速度, 表现为所蒸出溶剂匀速成滴落下, 不成行落下。蒸馏结束时, 先停止烧瓶旋转, 再通大气平衡压力, 以防蒸馏烧瓶在转动中脱落。415　旋转蒸发仪使用注意事项

旋转蒸发仪使用时应注意以下3点:

1) 蒸馏温度和压强同时制约样品的分离, 对

・6・实验科学与技术2010年6月

一些热不稳定物质的分离, 蒸馏温度不能过高。压强也要合适, 压强过低, 待提物容易直接随有机相进入接收瓶。压强过高, 有机相又不易挥发出来,

[3]

导致蒸馏时间过长。实验前需经过摸索, 找出最佳蒸馏温度和压强。

2) 玻璃零件接装应轻拿轻放, 各磨口, 密封面密封圈及接头安装前都需要涂一层真空脂。若真空度未达到要求, 需检查各接口是否密封、密封面是否有效, 主轴与密封圈之间真空脂是否涂好, 真空泵及其皮管是否漏气, 玻璃件是否有裂缝等损坏的现象。

3) 注意减压浓缩时不可蒸得太干, 损失。

5　511　中压液相制备色谱应用范围

凡可用于柱层析分离的各种分离均可使用此设

[4-6]

备分离, 因此其应用范围十分广泛。此设备的特点是:快速简便。BUCH I 中压液相制备色谱流速可控制在1～250mL /min 范围内; 简言之该设备就是在柱层析前加上压力, 后加上检测设备和收集装置, 减少了时间和人力投入。512　中压液相制备色谱组成

以瑞士BUCH I 中压液相制备色谱为例, 整套仪器由液相泵系统、玻璃柱、紫外检测器、进样单元、收集仪等组成:(1) 泵。BUCH I 泵为三活塞泵, 保证了系统中无脉冲, 分离效果好, 且延长了密封及仪器的使用寿命。(2) 泵控制器。C605泵控制器最大限压50bar; 可设定开始、暂停、限压、流速、时间等; 双泵可设定梯度程序, 实现梯度控制洗脱。(3) 色谱柱。常采用玻璃柱, 耐压高达50bar; 柱壁透明, 可看到柱中样品分离情况, 操作简便; 理论上来讲, 长度越长, 口径越小, 分离效果越好。(4) 进样单元。六通阀与定量环搭配可完成不大于20mL 的液体进样; 六通阀与固体上样管搭配可完成干法进样; 六通阀和大体积进样仓搭配可完成大体积液体样品导入; 六通阀和两个色谱柱搭配可完成柱切换功能。(5) UV 检测器。波长范围190～740n m; 响应时间越大, 采集频率越小, 信号越平滑, 一般选择t 为1s 即可。(6) 馏分收集器。可自动按预编程序收集馏分。513　中压液相制备色谱原理

其原理与柱层析基本一致。即利用混合物在液-固或液-液之间分配比的差异, 对混合物进行先分离, 而后分析收集, 只是在柱层析前加上压力,

加快了分离进程; 后加上检测器, 使分离可视、可控化。514　中压液相制备色谱基本操作步骤

1) 装柱。介绍用干法装柱器填装玻璃柱过程。将玻璃柱清洗后吹干, 按对角均匀拧紧密封螺丝, 确保各接口没有硅胶颗粒后连接装柱器与玻璃柱(若有硅胶颗粒, 须用脱脂棉沾少量乙醇擦洗晾干) 。通过漏斗将干燥的填料缓慢加入装柱器, 填料倒入速度不能过快; 不能在接口处堆积, 装填过程中不要, , 1/4～1/2充满填, 用导气管一头与氮气瓶连接, 另一头与装柱器上部相连, 拧开氮气阀门, 将分阀压力设为10bar, 10～15m in 后关闭氮气阀门; 待系统内外压力平衡后(约需要等氮气瓶分阀压力降为0后再等30m in 左右) , 拧开装柱器和玻璃柱的接口, 小心将装柱器卸下, 此时两个接口间的硅胶断层应很平整, 将带筛板的不锈钢头直接拧上, 用扳手拧紧, 完成装填。

2) 连接各部分接头。

3) 流动相浸润整个系统。流动相需经0154nm 左右的滤膜过滤才能用。打开泵控制器, 设定流速为5mL /min, 慢慢使流动相浸润分离柱, 待紫外检测器中信号平稳且无气泡即可进样。

4) 进样。用一次性注射器, 取下尖的针头, 用注射器吸取一定量样品, 停泵, 将六通阀旋至LOAD 位置, 打入样品, 快速将六通阀旋回I N 2JECT 位置, 开泵, 样品即随流动相压入分离柱内。

5) 流动相洗脱。开泵后调至所需流速, 流速不宜过快, 否则分离效果可能不好。这之前应做预试验确定最佳流速。

6) 样品需提前作一个全波段扫描, 确定待分样品的最大吸收峰。在紫外检测器上设定此波长为检测波长, 并调零。样品流经分离柱到达紫外检测器, 检测池中即有信号值变化, 按信号值大小分段收集馏分; 当所需接收馏分收集完毕一次, 即可再次进样, 分离柱可反复使用。

7) 分离完毕, 卸下分离柱, 将泵系统、六通阀和紫外检测器3部分连接, 继续用流动相冲洗至检测器无信号, 即可关机。分离柱拆开取出填充物洗净晾干。515　中压液相制备色谱使用注意事项

中压液相制备色谱为精密度高且较昂贵的仪

(下转第30页)

・30・实验科学与技术

20001

2010年6月

确性, 为下步的车型改型及优化仿真提供了一个良好的基础。

2) 在ADAMS 中从建模到仿真都是一个参数化的过程, 运用起来方便快捷。汽车专用模块AD 2AMS/CAR在汽车动力学和运动学分析及仿真中有很好的应用前景。

参考文献

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出版社, 20051

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[4]　《汽车工程手册》编辑委员会1汽车工程手册设计篇

[M]1北京:人民交通出版社, 20011

[5]　陈家瑞1汽车构造[M]1北京:机械工业出版社,

20011

(上接第6页)

器, 需小心维护。具体应注意:

1) 别() ;

2) , 如果晶体盐在密封圈后面析出, 会磨损密封圈, 需要用后立即清洗;

3) 更换流动相时, 如果A 、B 两者不能互溶, 应该用能与两者都互溶的溶剂C 过渡;

4) 柱使用前应检查柱壁上是否有裂纹、裂缝; 清洗干净, 保证两端滤板不堵塞; 装柱后最重要一点是保证柱两端内部螺纹上无固体颗粒柱填料; 两端的4个固定螺丝需按对角均匀拧紧; 用后应及时清洗干净柱子及其他零部件;

5) 不要用尖头的注射器进样, 每次进样后应及时清洗进样单元;

6) 用后要用纯溶剂冲洗系统至无任何信号为止。

分。该路线优点是:整2m in, , 经中压液相制备色谱分离也较快速。且闪式提取器是在常温下提取, 避免了有效成分因受热而遭到破坏, 提取较完全。

7　结束语

由于天然植物本身成分复杂, 加上研究人员对提取分离设备使用知识方面的欠缺及选择的提取分离路线不合理, 使得天然植物源农药的研发工作存在着费时费力、原料不能标准化处理、有效成分不易获得、效果缺乏特异性等阻碍, 工业化更是处于起步阶段。根据植物源成分的特殊性选择合适的提取分离设备及优化组合的提取分离路线, 是高效开发优质天然植物源农药的有效途径之一。另外也可据相关设备原理对工业化生产植物源农药的设备进行改造, 希望对工业化生产效率有所促进和提升。

参考文献

[1]　刘延泽1植物组织破碎提取法及闪式提取器的创制

6　植物源农药分离提取路线

植物源农药分离提取经典路线为:常温浸提→过滤→常压分离柱分离→接收馏分→旋转蒸发仪浓缩→选择不同流动相反复过柱, 接馏分, 浓缩→最终得到活性单体。但此经典路线要花费大量的人力物力和时间。

推荐路线(1) :索式提取→旋转蒸发仪浓缩→中压液相制备色谱分离→接收馏分浓缩→选择不同流动相反复过中压液相色谱分离柱, 接馏分, 浓缩→最终得到活性单体。该路线快速且不需过滤, 但不足之处是:索式提取器一次可容纳样品较少, 且在热提取状态下, 一些易挥发、易分解、易变性的活性物质会流失掉, 提取不完全。

推荐路线(2) :闪式提取器→过滤→旋转蒸发仪浓缩→中压液相制备色谱分离→接收馏分浓缩→选择不同流动相反复过中压液相色谱分离柱, 接馏

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