CN107129438A - 一种咪唑类离子液体双水相体系多级萃取四环素的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种咪唑类离子液体双水相体系多级萃取四环素的方法。本发明的多级离子液体双水相萃取分离四环素，低能耗、易操作、分相快、萃取率高、不需要挥发性有机溶剂、环境污染小、节省资源、具有较高的选择性和专一性。采用多级逆流双水相萃取工艺，在常温25℃下，经过3级逆流双水相萃取，四环素的回收率达到99%。对于萃取等量的四环素，相比单级双水相萃取，多级双水相萃取能增大四环素在上相的纯度，有效提高四环素的萃取率，同时能够减低离子液体的使用量，避免单级萃取造成的资源浪费。

Description

一种咪唑类离子液体双水相体系多级萃取四环素的方法

技术领域

本发明涉及四环素的萃取领域，具体涉及一种咪唑类离子液体双水相体系多级萃取四环素的方法。

背景技术

四环素类(tetracyclines，TC)抗生素是一种抗菌物质，属人畜共用药物。环境中过量的四环素类抗生素使病原菌容易诱导耐药菌株， 且过量抗生素最终富集到人体，损害肾功能和造血功能， 威胁着人类的健康和生存环境。 四环素类抗生素也是环境中抗生素的主要种类， 由于其含量低， 因此要建立一种高效的方法来分离检测四环素类抗生素残留，以降低四环素类抗生素对人类及环境的威胁。

离子液体双水相作为近几年来出现的一种新型绿色分离体系，因其具有分相时间短、粘度低、萃取过程不易乳化且离子液体可以回收利用等优点而受到越来越多的关注。其中，离子液体具有不挥发、毒性小、不易燃易爆、不易氧化，以及较高的热稳定性等特征，被认为是传统萃取工艺中挥发性有机溶剂的理想绿色替代品。此外，离子液体双水相体系两相的主要成分都是水，使得其具有生物活性分子所需要的温和环境，在萃取分离生物物质上具有广阔的应用前景。但是到目前为止，关于离子液体双水相体系作为萃取体系分离四环素类抗生素都仅仅局限于单级萃取。单级萃取操作较简单，在科学研究中，单级萃取常用于萃取参数的测定和萃取机理的研究，如测定分配系数K及萃取效率E等。但单级萃取的效果是有限的，它的萃取率低、需要消耗大量萃取剂、只能得到浓度很低的萃取液，这显然不能满足实际工艺过程的要求。并且单级萃取对TC的回收能力有限，在实际工业应用中，一次萃取常常不能达到要求。经单级萃取后，萃余相中往往还含有较多的TC，为了进一步降低萃余相中TC的含量，减少离子液体的用量，避免资源的浪费，提高TC的萃取率，需要采用由若干个单级萃取组成的多级萃取操作。多级萃取是一种有效的传质分离方法，具有适用范围广、操作灵活、快速、制备量大、低能耗、环保高效等优点， 可使溶质和溶剂混合更加彻底，分离效果更好。

发明内容

提高萃取效果的办法是采用多级萃取。本发明的多级萃取工艺根据萃取操作方式不同，主要分为错流萃取和逆流萃取两种形式。其实施方式以四环素为例说明。本发明的目的在于，提供一种咪唑类离子液体双水相体系多级萃取分离TC的方法。该方法可以提高残留TC测定的准确性，低能耗，减少使用传统有机挥发性溶剂以避免带来二次污染的特点。

为了实现上述任务，本发明采用如下的技术解决方案。

一种咪唑类离子液体双水相体系多级萃取四环素的方法，该方法是将1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体([Bmim]Cl)、磷酸氢二钾及水形成的双水相体系用于多级萃取分离四环素。

优选的，该方法包括如下步骤：准备N支干燥洁净的离心管，加入K₂HPO₄溶液、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体溶液及TC储备液到离心管中，振荡混合均匀，离心，然后将上层萃取相分出，以下层萃余相为原料液进行二级萃取实验，待分层稳定以后，分出上层萃取相，再以二级萃取后的下相为原料液进行三级萃取实验，萃余相即为N级错流萃取的萃余相，经N级错流萃取后回收到TC的总量为萃取相的含量。

进一步优选的，所述N级中的N为2-4。

优选的，另一种是咪唑类离子液体双水相体系多级逆流萃取分离TC的方法，在每级萃取过程中，TC与离子液体间的接触和分离方法与错流萃取实验基本相同，只是萃取过程所用的离子液体大部分为萃取有TC的离子液体萃取液，而不是错流萃取实验中所用干净离子液体溶液。该方法包括如下步骤：准备N支离心管，编号为0#、 1#、2#......N#，在0#离心管中加入K₂HPO₄溶液、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体溶液及TC储备液，振荡混合均匀，离心；在1#、2#......N#离心管中用K₂HPO₄溶液和1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体溶液配成统一上下相体积比的双水相体系，然后将1#、2#......N#离心管的上下相分离后，在1#、2#......N#离心管的下相中分别加入TC，振荡混合均匀后静置，然后将0#离心管中萃取有TC的上相作为移动相与 1#离心管的含有TC的下相混合继续进行萃取实验，与此同时，0#离心管中的下相作为固定相与1#离心管的上相混合，如此类推进行下去。

进一步优选的，萃取时上下相体积比控制为（0.3-0.7）：1。

进一步优选的，所述N为2-4。

本发明萃取分为错流萃取和逆流双水相萃取两种形式，待每级萃取后，在温度为25℃下用漩涡振荡器剧烈振荡使其混合均匀，震荡2-3分钟放入在离心机中，设定为10000r/min转速、20 min进行离心，再进行下一级分离萃取。

分离后TC的分离效果的测定，取静置好的上层和下层液0.5 mL于10mL的容量瓶中，定容至10 mL。摇匀，测定吸收光谱和吸光度，通过标准工作曲线可得出四环素分配系数(K)、萃取率(E%)。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明开发了一种对水溶液中四环素多级双水相萃取的方法，在常温25℃下，采用多级逆流双水相萃取工艺， 经过3级逆流双水相萃取，四环素的回收率达到99%。对于萃取等量的四环素，相比单级双水相萃取，多级双水相萃取能增大四环素在上相的纯度，有效提高四环素的萃取率，同时能够减低离子液体的使用量，避免单级萃取造成的资源浪费。

附图说明

图1 是不同体积比下多级错流与逆流萃取对TC的萃取效率以及离子液体消耗量对比图。

图2 是相同体积比下多级错流与逆流萃取对TC的萃取效率对比图。

图3是多级逆流萃取的McCabe Thiele图。

图4a、图4b分别是单级和多级逆流萃取的对比图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

N级错流萃取实验：准备N支7mL干燥洁净的离心管，加入浓度为50wt%的K₂HPO₄溶液1.6mL，浓度为50wt% 的[Bmim]Cl溶液3.4mL及浓度为1.2mg/mL的四环素储备液1mL到离心管中，在25℃下用漩涡振荡器振荡使其混合均匀，震荡2分钟放入离心机中，设定为10000r/min转速、20 min进行离心，后用注射器将上层萃取相分出，以下层萃余相为原料液，加入浓度为50wt%的K₂HPO₄溶液与[Bmim]Cl溶液进行二级萃取实验，待分层稳定以后，分出上层萃取相，再以此下相为原料液，加入浓度为50wt%的K₂HPO₄溶液与[Bmim]Cl溶液进行三级萃取实验，萃余相即为N级错流萃取的萃余相，经N级错流萃取后回收到四环素的总量为萃取相的含量。在进行此次多级错流双水相萃取时，将上下相体积比分别控制在0.7。

实施例2

N级逆流萃取实验：准备N支7mL干燥洁净的离心管，编为0#, 1#、2#......N#，其中在0#离心管中移取浓度为50wt%的K₂HPO₄溶液1.6mL，浓度为50wt% 的[Bmim]Cl溶液3.4mL和1.2mg/mL的四环素储备液1mL，形成上下相体积比(V _r=0.7)的双水相体系进行萃取，25℃下待振荡离心后静置。在1#、2#......N#离心管中用浓度为50wt%的K₂HPO₄溶液和[Bmim]Cl溶液，配成统一上下相体积比(V _r=0.7)的双水相体系。用注射器将1#、2#......N#离心管的上下相分离后，在1#、2#......N#离心管的下相中分别加入1.2mg四环素，振荡混合均匀后静置。然后将0#离心管中萃取有四环素的上相作为移动相与 1#离心管的含有四环素的下相混合继续进行萃取实验，与此同时，0#离心管中的下相作为固定相与1#离心管的最开始分离出的上相混合，如此类推进行下去。

实施例3

在进行多级错流双水相萃取时，将上下相体积比分别控制在0.3、0.5、0.7下进行萃取实验；多级逆流双水相萃取时，上下相体积比控制在0.5下进行萃取实验，待每一级萃取实验振荡离心后，分别置于25℃下的恒温箱内静置，待分相清晰后，测定每一级中上下相中四环素的含量，得出四环素萃取效率。结果如图1所示。

从图1可看出，在上下相体积比分别为0.3、0.5、0.7的条件下，三级错流萃取过程对四环素的萃取率分别达到97.2%、 98.1%和98.7%；体积比在0.5时，三级逆流萃取过程对四环素的萃取率能达到98.6%。其中储备液中的大部分四环素是在一级和二级萃取过程中提取，当萃取级数进一步增加到三级后，萃取效率增加的幅度明显降低。如在体积比为0.7:1的条件下，一级和二级错流萃取分别萃取出了87.1%和96.2%的四环素，当萃取级数增加到三级时，四环素的萃取率为98.7%，仅增加了2.5%。同错流萃取过程相比，在相同体积比(0.5:1)下，三级逆流萃取对四环素的萃取效率与三级错流萃取的非常相近。另外从图1也可以看到，多级错流萃取过程中体积比的增加也会使萃取效率增大，但是体积比的增加也意味着萃取单位质量的四环素所消耗的离子液体量也不断增加。如在体积比为0.3、0.5、0.7的条件下，同为处理1mg四环素，三级错流萃取中，所消耗的[Bmim]Cl溶液的量分别为1.51g、2.08g和2.58g，然而逆流萃取过程所消耗的[Bmim]Cl溶液的量仅为1.08 g。这说明逆流萃取过程在取得较高萃取效率的同时，对于处理单位质量四环素，可以大大地降低离子液体的消耗量。

实施例4

在进行多级错流双水相萃取时，将上下相体积比分别控制在0.5，分别进行单级，二级和三级萃取实验；多级逆流双水相萃取时，上下相体积比控制在0.5下进行三级萃取实验，待每一级萃取实验振荡离心后，分别置于25℃下的恒温箱内静置，待分相清晰后，测定每一级中上下相中四环素的含量，得出四环素萃取效率。结果如图2所示。

从图2可看出，在上下相体积比都为0.5的条件下，错流萃取过程中随着萃取级数的增加，对四环素的萃取率也不断增加。在低体积比条件下进行多级萃取可显著地提高对四环素的萃取效率。与错流萃取相比，逆流萃取过程的萃取效率最高。

实施例5

含离子液体的双水相萃取平衡等温线的实验方法：保持离子液体浓度以及其他条件相同的情况下，只改变相比(保持上层水相和下层水相的总体积不变)，单次萃取达到平衡后，测定上相中四环素的浓度，可计算出下相中四环素的浓度。假设实验中上相的体积从小变到大，这样实验多次，随着下相中四环素含量的增加，进入上相中的四环素的量也在增加，直到上相中四环素的含量达到饱和。通过上述实验测定，得到一组下相和进入上相中的四环素的浓度值。四环素的萃取等温线(正萃)就是把四环素在两相中的分配情况与萃取操作的实际情况相结合，以下相中四环素浓度为横坐标，以上相中四环素浓度为纵坐标，把这些点连起来即得萃取平衡等温线，即可用McCabe Thiele图解法预测完全萃取四环素时的理论萃取级数。结果如图3所示。

从图3可看出，四环素的初始浓度为0.0042mg/mL，操作线1的上下相体积比在0.5时，逆流双水相萃取四环素的理论级数为3；操作线2的上下相体积比在0.25时，逆流双水相萃取四环素的理论级数为4。

实施例6

图4a、图4b分别为单级和多级萃取实验的对比图，其中图4a为最优化的单级双水相萃取四环素的效果图，图4b为3级逆流双水相萃取四环素的效果图，图中1代表分离器，2代表混合器。当上下相体积比为2.05时（萃取1mg四环素消耗离子液体2.67g），单级萃取的最佳萃取效率为96%。当上下相体积比为0.5时，经过3级逆流萃取，四环素的最终回收率能达到99%，上相中四环素的纯度为单级萃取上相中四环素纯度的4倍, 且处理萃取1mg四环素所消耗的离子液体量仅为1.08g，大大减少了离子液体的消耗量，避免了单级萃取所造成的资源浪费。

Claims (6)

1.一种咪唑类离子液体双水相体系多级萃取四环素的方法，其特征在于，该方法是将1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体、磷酸氢二钾及水形成的双水相体系用于多级萃取分离四环素。

2.根据权利要求1所述的一种咪唑类离子液体双水相体系多级萃取四环素的方法，其特征在于，包括如下步骤：准备N支离心管，加入K₂HPO₄溶液、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体溶液及TC储备液到离心管中，振荡混合均匀，离心，然后将上层萃取相分出，以下层萃余相为原料液进行二级萃取，待分层稳定以后，分出上层萃取相，再以二级萃取后的下相为原料液进行三级萃取，萃余相即为N级错流萃取的萃余相，经N级错流萃取后回收到TC的总量为萃取相的含量。

3.根据权利要求1所述的一种咪唑类离子液体双水相体系多级萃取四环素的方法，其特征在于，包括如下步骤：准备N支离心管，顺次编号为0#、 1#、2#......N#，在0#离心管中加入K₂HPO₄溶液、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体溶液及TC储备液，振荡混合均匀，离心；在1#、2#......N#离心管中用K₂HPO₄溶液和1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体溶液配成统一上下相体积比的双水相体系，然后将1#、2#......N#离心管的上下相分离后，在1#、2#......N#离心管的下相中分别加入TC，振荡混合均匀后静置，然后将0#离心管中萃取有TC的上相作为移动相与 1#离心管的含有TC的下相混合继续进行萃取，与此同时，0#离心管中的下相作为固定相与1#离心管的上相混合，如此类推进行下去。

4.根据权利要求2或3所述的一种咪唑类离子液体双水相体系多级萃取四环素的方法，其特征在于，萃取时上下相体积比控制为（0.3-0.7）：1。

5.根据权利要求2所述的一种咪唑类离子液体双水相体系多级萃取四环素的方法，其特征在于，所述N级中的N为2-4。

6.根据权利要求3所述的一种咪唑类离子液体双水相体系多级萃取四环素的方法，其特征在于，所述N为2-4。