超临界萃取装置实验讲义指导教师：林立）湖南城市学院化学工程实验室操作范围广，便于调节。A 选择性好，可通过控制压力和温度，有针对性地萃取所需成份。一、实验目的使学生了解超临界二氧化碳流体萃取植物药用有效成份的基本原理和超临界二氧化碳流体 萃取装置的操作技术。二、实验原理超临界萃取技术是现代化工分离中出现的最新学科，是目前国际上兴起的一种先进的分离 工艺。所谓超临界流体是指热力学状态处于临界点CP（Pc、Tc）之上的流体，临界点是气、液界 面刚刚消失的状态点，超临界流体具有十分独特的物理化学性质，它的密度接近于液体，粘度 接近于气体，而扩散系数大、粘度小、介电常数大等特点，使其分离效果较好，是很好的溶剂 超临界萃取即高压下、合适温度下在萃取缸中溶剂与被萃取物接触，溶质扩散到溶剂中，再在 分离器中改变操作条件，使溶解物质析出以达到分离目的。超临界装置由于选择了 C01、2操作温度低，在接近室温条件下进行萃驭，这对于热敏性成份尤其适宜，萃取过程中排3、除了遇氧氧化和见光反应的可能性，萃取物能够保持其自然风味。4、从萃取到分离一步完成，萃取后的 C02 不残留在萃取物上。5、CO2 无毒、无味、不然、价廉易得，且可循环使用。6、萃取速度快。近几年来，超临界萃取技术的国内外得到迅猛发展，先后在啤酒花、香料、中草药、油脂、 石油化工、食品保健等领域实现工业化。三、仪器、设备及试剂、材料1 、仪器1）超临界二氧化碳流体萃取装置；2）天平；3）筛子；4）粉碎机；5）分光光度计2、试剂二氧化碳气体（纯度三99.9%）、甘草、无水乙醇（分析纯）、亚硝酸钠（分析纯）、硝酸铝（分析纯）、氢氧化钠（分析纯）、3、材料一次性塑料口杯、封口膜4、实验装置热交换器利用超临界C02流体的特性，通过实验设备提供其所需的超临界条件，从而使C02 处于超临界状态，把它作为溶剂来将物料中的有效成分进行萃取，并从而达到分离的目的。 其流程图如上图所示。本实验装置流程与上图有区别，但原理相同。（具体装置工艺流程后面有附图）5、主要技术参数最高萃取压力：50MPa;单缸萃取容积：IL、2L、5L；萃取温度：常温-75C ；最大流量： 0-50L/H 可调6、装置主要构成二氧化碳钢瓶，制冷装置，温度控制显示系统，压力控制显示系统，安全保护装置， 携带剂罐，净化器，混合器，热交换器，储罐，流量为50L/h和4L/h的柱塞泵，三个50MPa 的萃取缸， 0.6L（2L）/30MPa 分离釜， 0.6L（1L）/30MPa 分离釜，电控柜，阀门，管件及 柜架等组成，具体流程见后面示意图。四、实验步骤1. 准备工作（开机顺序）：1）首先检查电源，三相四线是否完好无缺。2）冷冻机及储罐的冷却水源是否畅通，冷箱内为30%乙二醇和70%水溶液。3）二氧化碳气瓶压力保证在5-6MPa，且食品级净重大于22千克。4）检查管路接头以及各连接部位是否牢靠。5）将各热箱内加入净化水，去氯离子水，不宜太满，离箱盖2 公分左右，每次开机前都 要检查水位。6）萃取原料装入料筒，原料不应该安装太满，离过滤网 2-3 公分左右。7）将料筒装入萃取缸，装上O型圈，再放入通气环，盖好压环及上堵头。8）如果萃取液体物料或需加入夹带剂时，将液料放入夹带剂罐，可用泵压入萃取缸内。2. 开机操作顺序1）先送空气开关，如三相电源指示灯都亮，则说明电源已接通，再启动电源（绿色） 按钮2）接通制冷开关将冷箱温度控制器调在0C左右（自动停、开），同时接通水循环开 关，搅拌冷却水和冷却二氧化碳泵头。3）开始加温，先将萃取缸，分离一和分离二加热开关接通，将各自控温仪表调整到各 自所需设定的温度。4）在冷冻机温度降低到0C-5C左右，且萃取、分离一和分离二温度接近设定的要求 后，进行下列操作。5）开始制冷的同时打开二氧化碳气瓶阀，二氧化碳通过阀门2 进入净化器、冷盘管和 储罐，二氧化碳进行液化，液态二氧化碳通过泵，混合气，净化器进入萃取缸（萃 取缸已经装样品且关闭堵头），等压力平衡后，打开萃取缸放空阀 3，慢慢放掉残 留空气后，降低部分压力后关闭放空阀。6）加压力：先将电极点拨到需要的压力（上限），启动泵一绿色按钮，再手按数位操 作器中的绿色触摸开关RUN,如果反转时，按一下触摸开关FWD,如果流量小时， 手按触摸开关上三角，泵转速加快，直至流量达到要求时松开，反之亦然，数位操 作器按键的详细说明可以参考手册。当压力加到接近设定压力（提前IMPa）左右， 开始打开萃取缸后面的节流阀门，根据流程操作如下：从阀门4进萃取缸，阀门5、 6进入分离1，阀门7、 8进入分离2，阀门10、 1 回路循环。调节阀门10控制分离2压力。7）中途停泵时，只需要按数位操作器的STOP键。8）萃取完成后，关闭冷冻机、泵各种加热循环开关，再关闭总电源开关，萃取缸内压 力放入后面分离器，待萃取缸内压力和后面平衡后，再关闭阀门4、阀门 5，打开 放空阀门3和al,待萃取缸没有压力后，打开萃取缸盖子，取出料筒，整个过程结 束。9）分离出来的物质分别在阀门b1b2处取出。10）（六）思考题1. 超临界流体的特性是什么？为什么选择CO2作为萃取剂？2. 通过实验，讨论超临界萃取装置还可以应用到那些方面？五、实验注意事项说明：1、在萃取过程中，由于设备高压运行，实验学生不得离开操作现场，不得随意乱动仪表 盘后面的设备、管路、管件等，发现问题及时断电。然后协同指导老师解决。2、为防止发生意外事故，在操作过程中，若发现超压、超温、异常声音等，必须立即关 闭总电源，然后汇报老师协同处理。3、通常分离釜体后面的阀门及回流阀门处于常开状态下，釜内压力应与储罐压力相等。 若实验中分离釜内压力高于储罐压力，则表明气路堵塞，必须进行及时处理。处理方 法：方法a、将压力排空，用酒精萃取；方法b、将压力排空后无法通气的管路，人为 疏通，完成后应将压力帽拧紧，确保安全使用。4、若系统发生漏气现象，及时与指导老师汇报，并进行处理，防止CO2的大量泄漏。5、实验完成后必须清理装置和实验用工器具、物料等，擦洗操作台以保证设施的完好。 六：甘草黄酮的分析方法：采用分光光度法测定甘草黄酮含量：准确称取0. 025g芦丁标准品，用80%乙醇溶解,定 容至250ml,摇匀，配成浓度为0. lmg/ml的标准品溶液。精确吸取芦丁标准品溶液0, 3, 4, 6, & 10ml,然后加入5%的NaNO2溶液lml,静置6min,再加入10%Al（N03）3lml,摇匀，静置6min, 加入4% NaOHlOml,用80%乙醇定容至25ml,混匀，放置15min,在分光光度计上500nm波长处测 定吸光度值,绘制标准曲线(见图1)。线性回归方程为：y= 12.307x-0. 0012相关系数只= 0.9999 (x:为浓度,单位为mg/ml, y:为吸光度值)。精密称取甘草黄酮初提物样品).0125g, 用80%的乙醇溶解，并定容至10ml,其浓度为1.25mg/ml,吸取1ml按照标准品相同的步骤与方 法测定提取物中甘草黄酮含量, 甘草渣中甘草黄酮的含量为提取率与甘草黄酮初提物中甘 草黄酮含量的乘积。黄酮类化合物分子中若具有3羟基、5羟基或邻二酚羟基，则易于与金属盐类如铝 盐、锆盐、锶盐、镁盐等反应，生成有色金属络合物，这些络合物作用在光谱上能产生明 显的变化，吸收峰红移。常用于黄酮类化合物含量测定的金属盐试剂有Al(NO, ),、A1C1, 等。A1(NO3)3比色法是一些药典最常用的总黄酮含量检测方法，它主要以A1(NO3)3为显 色剂，在碱性条件下，利用其与黄酮形成红色螯合物为特征，以芦丁为对照品，在510 nm 处测定其吸收度，从而得到待测物质的黄酮含量。NaO H作用就是把体系调成碱性。 Al(NO3)3络合物在碱性条件下显色明显。至于NaNO2，可能能提供NO2离子或者起氧化作 用。