《重要分离方法》PPT课件.ppt

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1、第三节中药化学成分的分离方法,中药化学成分经提取浓缩后，得到的仍是含有多种成分的混合物，需选用适当的方法将其中所含各种成分逐一分开，并把所得单体加以精制纯化，这一过程称为分离。,一、两相溶剂萃取法,两相溶剂萃取法简称萃取法，是利用混合物中各成分在两种不相混溶的溶剂中分配系数的不同达到分离的方法。分配系数是指在一定温度时，一种物质溶解在相互接触但不混溶的两相溶剂中，溶解平衡后，两溶剂中溶质浓度的比值。此比值在一定的温度及压力下为一常数，可以用下式表示：分配系数 CH物质在上层溶剂中的浓度 CL物质在下层溶剂中的浓度混合物中各成分在两相溶剂中，分配系数相差越大，分离效果越好。,（一）简单萃取法是分

2、离物质最简单最基础的手段，常用于初步分离。（二）逆流连续萃取法 是一种两相溶剂逆行的连续萃取方法。其装置如图2-5,（三）逆流分溶法（Counter Current Distribution，CCD）,对性质相似的异构体或同系物，因在两相溶剂系统中的分配系数接近，用一般的萃取及转移操作常须进行几十次乃至几百次，简单的分次萃取已不能满足需要，用逆流分溶法可得到理想的分离效果。逆流分溶法又称逆流分配法、逆流分布法或反流分布法。是一种将液-液萃取反复进行数十次以上的分离方法。如图2-6所示,逆流分溶法因操作条件温和、试样易回收，故特别适合于中等极性、不稳定、性质相似成分的分离。另外，溶质浓度越低，分

3、离效果越好。但试样极性过大或过小，或分配系数受浓度或温度影响过大时，则不易采用此法分离。易于乳化的萃取溶剂系统也不易采用此法。,（四）液滴逆流分配法（Droplet Counter Current Chromatography，DCCC）,这是在逆流分溶法基础上改进发展起来的一种高分离效能的两相溶剂萃取法。利用混合物中各成分在两液相间分配系数的差别，由流动相形成液滴，通过作为固定相的液体柱而达到分离纯化的目的。其装置示意图见2-7,影响液滴逆流分配的主要因素有：被分离成分在两相溶剂间的分配系数要大；形成大小合适的移动相液滴，这与两相间的界面张力、密度差、输液管口径和萃取管材料等有关，可以采用数

4、根萃取管预试液滴的形成情况而确定；液滴间的间隔，与泵的送液速度有关，送液速度过快，液滴间几无间隔变成线流通过固定相，通常也可经过小样探索而定。液滴逆流分配法的分离效果往往比逆流分溶法好，且不会产生乳化现象。移动相用氮气驱动，被分离物质不会因遇空气中氧而氧化。应用该法曾满意地分离纯化多种成分，如皂苷、生物碱、蛋白质、多肽、氨基酸及糖类等。,二、超临界流体萃取法,超临界流体萃取法（Supercritical Fluid Extraction，SFE）是以超临界流体（简称SF）代替常规有机溶剂进行提取、分离的一种新型方法。,1超临界流体的特性与种类,超临界流体是指物质在高于其临界温度（TC）和临界压

5、力（PC）时所形成的单一相态。处于超临界状态的物质既不是液体，也不是气体，理化性质介于液体和气体之间，其特性表现为：超临界流体的密度比气体大，而与液体密度相近，因此分子间距离缩短，分子间相互作用大大增强，溶解作用近似于液体；粘度低于液体而与气体的粘度相近，扩散系数却比液体大10100倍，有利于成分的扩散溶解；超临界流体的密度、粘度和扩散系数等，都与温度、压力和流体组成有关。,可用作超临界流体的物质很多，如二氧化碳、一氧化氮、甲烷、乙烷、六氟化硫、氨等。目前使用最为广泛的是二氧化碳，其临界温度（31.3）低，可在常温下操作，并对大部分物质呈化学惰性。这样，使中药中的化学成分能在低温条件下安全地被

6、萃取出来，有效地防止了“热敏性”或化学不稳定性成分的氧化和逸散，使萃取物保持中药的全部成分。,2基本原理,超临界流体萃取的原理主要是根据超临界流体对物质有很强的溶解能力，且改变温度或压力即可改变流体的密度、粘度和扩散系数，流体对物质的溶解特性也随之改变，因此，可将不同性质的成分分段萃取或分步析出，达到萃取分离的目的。,实际应用中，一般采用程序升压法分步萃取不同极性的成分。超临界流体萃取成分之后，可利用减压法，使流体膨胀，密度降低，变为气体，与成分成为两相而分离。所以此法的优点是萃取物无残留有机溶剂，分离后的气体可循环使用，而且避免了溶剂对环境的污染。工艺流程简图见图2-8。,3超临界流体萃取法

7、的应用,超临界流体萃取法始于20世纪50年代，到70年代末，该法广泛应用于烟草和食品工业，80年代以来，超临界流体萃取技术在医药、化工、食品及环保等领域取得了迅速发展，特别是在中药有效成分提取分离方面日益受到重视。目前主要用于萜类、挥发油、生物碱、黄酮、苯丙素、皂苷和芳香有机酸等成分的提取分离。在青蒿素浸膏、蛇床子浸膏、胡椒精油、肉豆蔻精油等的制备分离方面已达到产业化规模。,三、沉淀法,沉淀法是在中药提取液中加入某些试剂，与其中一些成分生成沉淀，或加入某些试剂后可降低一些成分在溶液中的溶解度而自溶液中析出的一种方法 如果所需要分离获得的成分生成沉淀，则沉淀反应必须是可逆的；如果是不需要的成分，

8、则将生成的沉淀除去，可以是不可逆的沉淀反应。,（一）乙醇沉淀法 此法是在浓缩后的水提取液中，加入一定量的乙醇，使某些难溶于乙醇的成分从溶液中沉淀析出的方法（二）酸碱沉淀法本法是利用某些成分在酸（或碱）中溶解，而在碱（或酸）中沉淀的性质达到分离的方法。,（三）铅盐沉淀法 是利用中性醋酸铅或碱式醋酸铅在水或稀醇溶液中能与许多物质生成难溶性的铅盐或铅络合物沉淀，而使各成分得以分离的方法。铅盐沉淀法既可用来除去杂质，也可用来沉淀有效成分。,脱铅方法,1通入硫化氢气体法 2硫酸盐或磷酸盐 3阳离子交换树脂法,（四）盐析法,此法是向混合物水溶液中加入易溶于水的无机盐至一定浓度或成饱和状态，使某些中药成分在

9、水中溶解度降低而析出，达到与其他杂质分离的目的。常用于盐析的无机盐有氯化钠、硫酸钠、硫酸镁、硫酸铵等。,四、结晶法,从非结晶状物质通过处理得到结晶状物质的过程称为结晶。用反复结晶的方法，从不纯的结晶制得较纯结晶的过程称为重结晶。结晶法往往用于固体物质的精制纯化，是利用混合物中各成分对某种溶剂溶解度的差别，使单一成分以结晶状态析出，从而达到分离目的。,（一）结晶的具体操作,选用合适的溶剂，将已初步提纯的混合物加热溶解，形成有效成分的饱和溶液（如需要脱色时，可加适量活性炭），趁热滤去不溶杂质，滤液低温放置或蒸去部分溶剂后再低温放置，使有效成分大部分析出结晶，滤过，与溶液中的杂质相分离。,（二）结晶

10、溶剂的选择,结晶法的关键是选择适宜的溶剂。恰当的溶剂一般应符合下列条件：1溶解度 对欲结晶成分热时溶解度大，冷时溶解度小；而对杂质则冷、热均溶或均不溶。2与被结晶的成分不发生化学反应。3沸点 溶剂的沸点适中，若沸点过高，则附着于晶体表面不易除去，过低又不利于晶体析出。,常用于结晶的溶剂有甲醇、乙醇、丙酮、醋酸乙酯、醋酸、吡啶等。当用单一溶剂不能达到结晶时，可用两种或两种以上溶剂组成的混合溶剂进行结晶操作。常用的混合溶剂有：水-乙醇、水-丙酮、乙醇-乙醚、乙醇-氯仿、乙醇-醋酸乙酯-乙醚等。,（三）结晶纯度的判断,1晶形和色泽 结晶性纯净物质，一般具有一定的晶形和均匀的色泽。化合物结晶的形状往往

11、因所用溶剂不同而有差异。2熔点和熔距 单体化合物还应有一定的熔点和较小的熔距。如为纯净的化合物，重结晶前后的熔点应该一致。,3色谱分析法 晶体纯度的进一步确认，须采用色谱法，常用的有薄层色谱和纸色谱等。若某成分经同一溶剂数次结晶，其晶形一致，色泽均匀，熔点一定且熔距较小，同时在薄层色谱或纸色谱上，经数种不同展开剂系统鉴定，均得到一个斑点，一般可认为是一个单体化合物。,五、透析法,透析法是利用小分子物质在溶液中可通过透析膜，而大分子物质不能通过透析膜的性质达到分离的方法（图2-9）。,透析法分离效果的关键是根据欲分离成分的具体情况选用规格适宜的透析膜。透析膜有动物性膜、火棉胶膜、羊皮纸膜（硫酸纸

12、膜）、蛋白胶膜、玻璃纸膜等。透析法分离量较小，时间长，一般在实验室中应用较多。,六、分馏法,此法是利用混合物中各成分沸点的不同进行分离的方法。适用于能够完全互溶的液体混合物的分离。在中药化学成分的研究工作中，常用分馏法分离挥发油及一些液体生物碱。,一般液体混合物沸点相差在100以上，可将溶液重复蒸馏多次，即可达到分离的目的，如沸点相差在25以下，则需采用分馏法（图2-10）。沸点相差越小，需要的分馏装置越精细。,七、色谱法,色谱法（chromatography）又称层析法，是一种分离和鉴定化合物的有效方法，其最大的优点在于分离效能高、快速简便。对一些结构性质相似化合物的分离，用经典的萃取法、沉

13、淀法和结晶法等难以达到分离目的时，用色谱法往往可以收到很好的分离效果。,色谱法根据分离原理可分为：吸附色谱、分配色谱、凝胶色谱与离子交换色谱等；根据分离方法又可分为：薄层色谱法（thin layer chromatography，TLC）柱色谱法（column chromatography）纸色谱法（paper chromatography，PC）高效液相色谱法和气相色谱法等,（一）吸附色谱法,1基本原理 2常用吸附剂（1）硅胶（2）氧化铝,硅胶和氧化铝含水量越高、活性级别越大，吸附活性越弱。只要在110左右加热，这些“自由水”就能被可逆性地除去。利用这一原理可以对吸附剂进行活化（去水）和脱活

14、化（加水）处理，以控制吸附剂的活性。,硅胶、氧化铝的含水量与活性级别活性级别 硅胶含水量%氧化铝含水量%0 0 5 3 15 6 25 10 38 15,（3）聚酰胺（4）活性炭 1）粉末状活性炭 2）颗粒状活性炭 3）锦纶活性炭,3展开剂,化合物被吸附剂吸附后，需用合适的溶剂进行展开，这种溶剂称为展开剂，在柱色谱中习惯称为洗脱剂。展开剂在吸附色谱中主要作用是解吸附。在吸附色谱中，展开剂的展开能力与其极性有关。对于极性吸附剂，展开剂的极性越大，其展开能力越强，化合物在色谱中移动的速度就越快，而对非极性吸附剂则相反，展开剂的极性越小，其展开能力越强。,4被分离成分,被分离成分与吸附剂、展开剂共同

15、构成了吸附色谱中的三要素。对硅胶、氧化铝等极性吸附剂来说，对极性大的化合物吸附强，移动慢，Rf值小；而对极性小的化合物吸附弱，Rf值大，从而将各成分分离开。全面考虑吸附剂、展开剂和被分离成分三者的相互关系，是分离成败的关键。,5操作方式,吸附色谱常见的操作方式是薄层色谱和柱色谱。薄层色谱主要用于化学成分的预试、鉴定及探索柱色谱分离的条件，柱色谱主要用于化学成分的分离制备及含量测定。,（1）吸附薄层色谱法,此法是将吸附剂均匀地铺在玻璃板上形成薄层，把欲分离的试样溶液点加到薄层板的一端，然后用合适的展开剂展开，使混合物中各成分得以分离的方法。吸附薄层色谱的操作主要包括铺板（制板）、点样、展开和显色

16、四个方面。实际工作中常用硅胶-羧甲基纤维素钠（硅胶CMC-Na）薄层板，展开方式有上行法、下行法、单向展开、双向展开等多种。,将计算出的Rf值与已知化合物的Rf值对照，也可与文献上记载的Rf值比较，进行定性鉴别。,薄层色谱广泛应用于植物各类化学成分的分离鉴定，也可应用于中草药品种、药材及其制剂真伪的检查、质量控制和资源调查。药典一部采用薄层色谱法作鉴别的中药材和中药成方制剂品种已达1523种,（2）吸附柱色谱法,吸附柱色谱法是将试样加入到一定规格装有吸附剂的玻璃柱里，再用适当的溶剂洗脱，使结构性质不同的成分达到分离的方法。其分离原理、吸附剂和洗脱剂的选择均与吸附薄层色谱法基本相同。柱色谱的具体

17、操作可分为装柱、加样和洗脱三步。,（二）分配色谱法,分配色谱法是一种利用混合物中各成分在互不相溶的两相溶剂中分配系数的不同，进行分离的色谱方法。,1基本原理,1基本原理 分配色谱的原理来自于两相溶剂萃取法。2载体 载体又称支持剂、担体，在分配色谱中只起支持固定相的作用，对被分离成分无吸附作用，而且作为分配色谱的载体均为中性多孔粉末，不溶于两相溶剂中，也不与被分离成分发生化学反应。,3固定相、流动相与被分离成分 据固定相与流动相的极性差别，分配色谱有正相与反相色谱法之分。在正相分配色谱法中，流动相的极性小于固定相极性，而在反相分配色谱法中，流动相的极性则大于固定相的极性。,反相分配色谱法应用广泛

18、，其常用的固定相是在普通硅胶表面进行化学修饰，键合上长度不同的烃基（R）形成亲脂性表面，习称键合相，如十八烷基或辛基硅烷键合相。,4操作方式（1）纸色谱法（2）分配薄层色谱法（3）分配柱色谱法,（三）高效液相色谱法（high performance liquid chromatography，HPLC）,此法是在经典的液相色谱基础上发展起来的一种快速分离分析新技术。是采用了高效填充剂，利用加压手段加快流动相流速的一种高效能液相色谱法。按分离原理可分为：吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱及凝胶色谱等，其中液液分配色谱应用最广泛，根据其固定相与流动相极性的差别，亦分为正相分配色谱和反相分配色谱两类。

19、正相色谱主要用于极性物质的分离测定；反相色谱主要用于非极性、中等极性物质的分离测定。,高效液相色谱仪由输液泵、进样系统、色谱柱、检测器和数据处理器等组成（图2-11）。,羟基喜树碱（）R1=R2=OH喜树碱（）R1=OH，R2=H10-甲氧基喜树碱（）R1=OH，R2=OCH3 脱氧喜树碱（）R1=R2=H,高效液相色谱法分离速度快、效率高、试样分析重现性好，而且试样不需气化，只需制成溶液，即可在室温下进样分析，所以此法应用范围极广，对挥发性差或遇热不稳定的成分及某些高分子化合物的分离极为有利。近年来，高效液相色谱除了在中药化学领域应用外，在有机化工、环境化学及高分子工业等方面也得到了广泛应用

20、。,（四）气相色谱法（gas chromatography，GC）,此法是以气体作为流动相的一种色谱方法。流动相的气体又叫载气，常用的是氮气。气相色谱法就其操作形式而言属于柱色谱法。根据流动相和固定相的状态及分离原理的不同又可分为气-固吸附色谱和气-液分配色谱两种，气-液分配色谱应用最广。本法所用的仪器是气相色谱仪。,气相色谱法是现代应用较广泛的一种分离分析技术，具有分离效率高、分析速度快、灵敏度高、试样用量少，还可制备高纯度物质等优点。不足之处是试样需加热气化，不适宜分离高沸点、热稳定性差、极性大的化合物。中药中挥发油类成分因其沸点低、易挥发，故气相色谱法特别适宜对其进行分离鉴定和含量测定。

21、,（五）凝胶色谱法(gel filtration chromatography，GFC),凝胶色谱法又称分子排阻色谱法、凝胶滤过色谱法、分子筛色谱法等。是一种以凝胶为固定相分离分子大小不同成分的液相色谱法。具有设备简单，操作方便，结果准确，凝胶可反复使用等优点，成为天然药物化学和生物化学研究中的常规分离分析方法。,1分离原理,凝胶色谱法的原理主要是分子筛作用，根据凝胶的孔径和被分离物质分子的大小而达到分离目的。凝胶颗粒用适宜的溶剂浸泡溶胀后，装入色谱柱中，加样后用同一溶剂洗脱。由于凝胶颗粒上有许多一定大小的网孔，被分离物质的分子大小不同，进入到凝胶颗粒内部的能力也不同。当混合物溶液通过凝胶柱时

22、，比凝胶孔隙大的分子不能进入凝胶颗粒内部，只能随洗脱剂在颗粒间隙移动；比凝胶孔隙小的分子则可自由渗入并扩散到凝胶颗粒内部，通过色谱柱时阻力增大，流速变缓。这样不同大小分子的移动速率有差异，在经历一段时间流动并达到动态平衡后，化合物即按分子由大到小的顺序先后流出而得到分离（图2-13）。,2凝胶的种类与性质,商品凝胶的种类很多，常用的有葡聚糖凝胶和羟丙基葡聚糖凝胶。,交联葡聚糖的化学结构,羟丙基葡聚糖凝胶（Sephadex LH-20）是葡聚糖凝胶G-25经羟丙基化处理得到的产物。此时，羟丙基代替了葡聚糖分子中羟基上的氢，成醚键结合状态：,3凝胶色谱的应用,凝胶色谱法在中药化学成分的分离纯化工作

23、中被广泛应用，尤其是一些大分子化合物如蛋白质、酶、多肽、甾体、多糖、苷类等的分离，效果较好。另外还可用于脱盐、吸水浓缩、除热源及粗略测定高分子物质的分子量等方面。,（六）离子交换色谱法（ion exchange chromatography，IEC）,1离子交换树脂的结构及性能,（1）树脂母核,（2）离子交换基团,根据交换基团性质的不同，树脂分为两大类，含有阳离子交换基团的树脂称阳离子交换树脂，能电离出氢离子与溶液中的同电荷离子进行可逆交换；含有阴离子交换基团的树脂称阴离子交换树脂，能电离出氢氧根离子，与溶液中的同电荷离子进行可逆交换。每类树脂又根据其交换基团的酸性（或碱性）强弱进行分类,阳离

24、子交换树脂有强酸型-SO3H和弱酸型-COOH。阴离子交换树脂有强碱型-N+(CH3)3OH 和弱碱型-NR2、-NHR、-NH2等。,离子交换树脂的交换能力即交换容量，取决于树脂所含离子交换基团的数量，其单位是mmol/g。,2离子交换原理,离子交换色谱是以离子交换树脂为固定相，以水或含有机溶剂的缓冲液为流动相。离子交换色谱的原理可用下列平衡式表示：式中RSO3 H+、RN+(CH3)3OH 分别代表阳离子和阴离子交换树脂，在水中可分别电离出H+和OH，其中H+与Na+交换，OH 与Cl交换，使反应不断地向右方向进行，直至交换完全，而且这种交换反应是可逆的。当再分别用HCl和NaOH洗脱柱子

25、时，反应按逆方向进行，将Na+和Cl分别洗脱交换下来。,3操作方法,离子交换柱色谱操作方法与前述柱色谱法基本相似。只是由于市售的树脂通常含有可溶性小分子有机物和铁、钙等杂质，故使用前须进行预处理。,4离子交换色谱的应用,离子交换色谱法主要用于能产生离子的成分分离。某些中药成分具有酸性、碱性及两性基团，如有机酸、酚类、氨基酸、肽类、生物碱等，在水中多呈离解状态，可用离子交换树脂法进行分离。,（七）大孔吸附树脂法,大孔吸附树脂（macro-reticular resine）是继离子交换树脂之后发展起来的一类新型分离介质。,1大孔吸附树脂的性能,常见的大孔吸附树脂是一种不含交换基团，具有大孔网状结构

26、的固体高分子吸附剂。一般为白色球形颗粒，理化性质稳定，不溶于水、酸、碱及有机溶剂。根据其骨架材料是否带功能基团，可分为非极性、中等极性与极性三类。每一类又由于孔径、比表面积及构成类型不同而具有许多型号（见表2-7），其性质各异，在应用时必须根据情况加以选择。,2分离原理,大孔吸附树脂是吸附性和筛选性相结合的分离材料，所以它既不同于离子交换色谱，又有别于凝胶色谱。其吸附性是由于范德华引力或产生氢键吸附的结果，筛选性则是由树脂本身具有多孔性网状结构所决定的。因此，在一定规格的大孔吸附树脂上，欲分离的中药成分可依其分子体积的大小和被吸附力的强弱，用适当的溶剂洗脱而分开。,3大孔吸附树脂的应用,大孔吸附树脂具有吸附容量大，选择性好，收率高，预处理和再生方便等优点，所以在医药工业及工业废水、废液的净化处理等方面都得到广泛应用。在中药化学成分研究方面，主要用于水溶性成分的分离纯化，尤其是大分子的亲水性成分（如皂苷）。在实际应用中，若能根据被分离成分的特性和树脂的结构及性能，选择到合适的树脂与恰当的分离条件，其适用范围将会更加广泛。目前，大孔吸附树脂在多糖、皂苷、黄酮、生物碱、三萜类化合物的分离方面都有很好的应用实例。,