分离科学与技术

分离科学与技术

摘要：分离科学技术，贯穿于整个工艺过程，是获得最终产品的一个重要而又

必须的手段。生产生活中的很多环节都离不开分离科学与技术的应用。在医药方面，分离科学更是起着不可或缺的作用。随着医药的不断开发研究及人们对药品质量要求的日益提高，分离科学和技术的水平也在不断的提高，各种新技术逐渐被人们所开发、利用。色谱技术、毛细管电泳技术、CO2 超临界萃取技术、膜分离技术、微波、超声波的提取分离已经被人们广泛应用。本文主要讨论了药学领域中各种分离科学与技术的应用和发展。

关键词：分离科学技术 色谱技术 毛细管电泳技术 CO2 超临界萃取技术

膜分离技术

一、前言

自然界的许多物质，无论是无机物还是有机物，大多数是以混合状态存在。它们往往需要加以分离或提纯，才能为人们合理利用。化学、石油、冶金、食品、生化、医药、电子和原子能等工业，无不广泛应用分离科学。分离是指将某一体系混合物通过物理、化学等手段分离成两个或两个以上组成彼此不同的产物的过程。这种混合物可以是原料、反应产物、中间物体或废弃物料[1]。分离技术是药物分析技术中的关键技术，是人类客观准确地认识自然界和深层合理地开发利用天然资源的必要工具，是当今生命科学、生物制药、现代农业、环保、仪器等相关高科技领域从新产品研制、生产到检验中不可缺少的尖端技术。现代生产和科学技术的飞速发展，不但促使一些常规分离技术，如精馏、吸收、萃取、吸附、结晶等不断得到改善和发展，更促使一些新型分离技术如膜分离、色谱分离、超临界萃取等得到重视、开发和研究。分离科学技术的发展，必将有力地推进生物领域及相关领域的技术进步和产品更新，为人类创造显著的社会效益与经济财富。

分离技术不但可用于西药的分析测定，在中药的研究中也起着不可或缺的重要作用。传统中药是我国的瑰宝，但对于绝大多数临床疗效肯定的中药，我们并不清楚是何种成分起的作用，这也是中药在国际上没有获得普遍认可和接受的原因。中药化学成分被公认为中药药效物质基础的来源，为了有效、合理地利用中药资源，对中药成分分离的研究工作就显得十分重要。随着现代科学技术的发展，新的分离技术更多地应用在中药成分分离的研究工作中。这就为中药现代化，早日走向国际市场打下了良好的基础[2]。

从当前国内外生物与化学类科研生产中采用的分离分析技术状况来看，分析

技术比分离技术明显地显得丰富多样且高效先进。例如，色谱技术、毛细管电泳技术和紫外光谱、红外光谱、质谱、核磁共振谱、氨基酸序列分析等等对微量样品的分析鉴定技术都已较普遍地得到应用。而对物质的分离纯化技术则显得较为匮乏。面对社会的进步和人类对高科技含量精制产品的要求，极其缺乏既能实现高纯度物质的分离纯化，又能实现相当量级制备能力的新技术[3]。如果没有这样的新技术，就很难实现新一代产物的研发与生产，就不能实现高纯度标准物质的制备和高精度质量检定与控制方法的建立。因此，研发和采用先进高效的分离纯化技术，是值得倍加关注的命题。

二、常见的药物分离技术与方法

1.两相溶剂萃取法

1.1简单萃取法[4]

液—液萃取法即两相溶剂提取法，是利用混合物中各组分在两种互不相溶的溶剂中分配系数的不同而达到分离目的的方法。简单的萃取过程是将萃取剂加入到样品溶液中，使其充分混合，因某些组分在萃取剂中的平衡浓度高于其在原样品溶液中的浓度，于是这些组分从样品溶液中向萃取剂中扩散，使这些组分与样品溶液中的其他组分分离。

组分A在两相间的平衡关系可以用平衡常数K表示： K＝CA／CA' 式中：CA——组分A在萃取剂中的浓度； CA'——组分A在原样品溶液中的浓度。

这就是分配定律。在液—液萃取中，K通常为分配系数，可将其近似地看作组分在萃取剂和原样品溶液中的溶解度之比。

影响分离效果的主要因素包括：萃取剂、被萃取的物质在萃取剂与原样品溶液两相之间的平衡关系(主要表现为被萃取物质在萃取剂与原样品溶液两相中的溶解度差别)、在萃取过程中两相之间的接触情况。在—定的条件下，被萃取物质的分离效果，主要决定于萃取剂的选择和萃取次数。 1.2逆流连续萃取法[4]

逆流连续萃取法是一种连续的两相溶剂萃取法。是利用两相溶剂密度不同，即密度小的溶剂作为分散相，逆流连续穿过密度大的固定相，使某种成分发生转溶的原理。对于乳化严重的液—液萃取，通常用逆流连续萃取法。萃取过程中可用薄层色谱、纸色谱，以及显色反应或沉淀反应检查萃取是否完全。 1.3逆流分配法[4]

逆流分配法又称逆流分溶法、逆流分布法或反流分布法。逆流分配法与两相溶剂逆流萃取法原理一致，是一种在加样量一定，并不断在一定量的两相溶剂中，

经多次移位萃取分配而达到混合物分离的方法。 1.4液滴逆流分配法[4-6]

液滴逆流分配法又称液滴逆流层析法，是近年来在逆流分配法基础上改进的两相溶剂萃取法。对溶剂系统的选择基本同逆流分配法，但要求能在短时间内分离成两相，并可生成有效的液滴。由于移动相形成液滴，在细的分配萃取管中与固定相有效地接触、摩擦不断形成新的表面，促进溶质在两相溶剂中的分配，故其分离效果往往比逆流分配法好，且不会产生乳化现象，用氮气压驱动移动相，被分离物质不会因遇大气中氧气而氧化。本法必须选用能生成液滴的溶剂系统，但对高分子化合物的分离效果较差，处理样品量小(1g以下)，并要求有一定的设备。

2.结晶法[4]

结晶法是提纯固体化合物的一种重要方法，它适用于产品与杂质性质差别较大、产品中杂质含量小于5％的体系。

固体有机物在溶剂中的溶解度与温度有密切关系。一般是随温度升高溶解度增大。若把固体物质溶解在热的溶剂中达到饱和，冷却时由于溶解度降低，溶液变成过饱和溶液而析出结晶。利用溶剂对被提纯物质及杂质的溶解度不同，可以使被提纯物质从过饱和溶液中析出，而让杂质全部或大部分仍留在溶液中(或被过滤除去)，从而达到提纯的目的。进行结晶时，溶剂的选择是关键，只有选择合适的溶剂，才能得到有效的分离。

结晶法通常包括以下几个步骤：(1)制备提纯物的饱和液；(2)脱色；(3)热过滤；(4)冷却结晶；(5)抽滤；(6)晶体干燥。干燥晶体可通过测熔点来确定结晶的纯度。

3.沉淀法[4]

沉淀法是在天然药物提取液中，加入某些试剂使产生沉淀，通过过滤将成分分离的方法。依据加入沉淀剂的不同，沉淀法可分为以下几种。 3.1酸碱沉淀法

酸碱沉淀法根据酸(碱)成分碱(酸)试剂反应成盐而溶于水，再加酸(碱)试剂反应重新生成。游离酸(碱)从溶液中又析出以达到分离的目的。 3.2醇沉淀法

在浓缩的水提取液中，加入一定量的乙醇(使含乙醇量达80％以上)，则难溶于乙醇的成分，如淀粉、树胶黏液质、蛋白质等从溶液中析出，经过滤除去。 3.3铅盐沉淀法

铅盐沉淀法是分离某些天然药物成分的经典方法之一。该法是利用中性醋酸铅或碱式醋酸铅水溶液能与多种天然药物成分生成难溶的铅盐，或配合物沉淀的

原理，利用这种性质使有效成分与杂质分开。

4.透析法

透析法是利用小分子物质在溶液中可通过半透膜，而大分子物质不能通过半透膜的性质达到分离的方法。在分离纯化蛋白质、多肽、多糖、皂苷等相对分子质量较大的成分时，常采用本法除去无机盐、单糖、双糖等小分子杂质。反之，如果杂质是大分子的蛋白质、淀粉、树脂等，采用此法将其留在半透膜内，而将所要的小分子成分通过半透膜进人膜外溶液中，从而加以分离精制[4]。

5.分馏法

分馏法是利用混合物中各成分的沸点不同，在分馏过程中产生不同的蒸汽压，收集不同温度的馏分，借以分离液体混合物的一种方法。在天然产物有效成分研究中，挥发油及一些液体生物碱常用此法分离。分馏法是将多次蒸馏的复杂操作集中在一支分馏柱中完成。经分馏所得各馏分，仍然可能是混合物，须结合薄层色谱及气相色谱检查，再进一步纯化[4]。

6.色谱法

色谱法是分离纯化和定性定量鉴定药物成分的有效方法之一。色谱技术的应用与发展，药物各类成分的分离鉴定起到了巨大的推动作用。一些性质相近、结构类似的化合物，采用经典的溶剂法和结晶法不能很好分离的，使用色谱法往往可以收到很好的分离效果。

色谱法的基本原理是利用混合物中的各组分在互不相溶的两“相”溶剂之间的分配系数(分配色谱)不同、待分离物对吸附剂吸附能力不同(吸附色谱)、分子的大小差异(凝胶色谱)或其他亲和作用的差异进行反复地吸附或分配，从而使混合物中的各组分达到分离。

色谱法是由固定相(可以是固体或液体)和流动相(流动的溶液或气体)两种不同的相组成。流动相为液体的称为液相色谱，流动相为气体的称为气相色谱。根据各组分在固定相中的作用原理不同，又可分为吸附色谱、分配色谱、排阻色谱、离子交换色谱等。根据操作条件和载体的不同，又可分为纸色谱、薄层色谱、柱色谱、气相色谱、高效液相色谱等。 6.1吸附色谱法

吸附色谱法是利用吸附剂对混合物中的各种组分的吸附能力不同而使各成分达到分离的方法。此法主要适用于脂溶性、中等相对分子质量成分的分离。一般不适用于相对分子质量高的成分，如蛋白质、多糖或离子型亲水性化合物的分离。吸附色谱法分离效果如何，完全由吸附剂、溶剂和被分离物质的性质3种因素决定[7]。 6.2分配色谱法