实验四茶叶中提取咖啡因和分液漏斗的使用

1/6茶叶中提取咖啡因/分液漏斗的使用实验目的：学习从固体物质中提取有机物的基本原理和方法（学习从茶叶中提取咖啡因的基本原理和方法以及了解咖啡因的一般特性）；掌握索氏提取器的工作原理和使用方法；进一步熟悉萃取、蒸馏、升华等基本操作；实验原理：咖啡因又叫咖啡碱，是一种生物碱，存在于自然界的咖啡、茶叶、可可等植物中。例如，茶叶中含有咖啡因约1％～5％，单宁酸约11％～12％，色素、纤维素、蛋白质等约0.6％。含结晶水的咖啡因为白色针状结晶粉末，味苦。能溶于水、乙醇、丙酮、氯仿等，微溶于石油醚，难溶于乙醚和苯（冷）。纯品熔点235～236℃，在100℃时，失去结晶水开始升华，120℃时升华显著，178℃以上升华加快。无水咖啡因的熔点为238℃。咖啡因是弱碱性化合物，能与酸成盐。咖啡因的结构式为：从茶叶中提取咖啡，因此实验是应用索氏提取器，以乙醇为提取液进行，或者以碳酸钙、碳酸钠水溶液为提取液，在烧杯中加热煮沸，趁热过滤，滤液冷却后用二氯甲烷萃取，最后升华提纯得到产品。由于咖啡因与杂质都存在与茶叶中，要提取它们并分别得到产物，就要利用它们性质上的差异。因此，可用水或乙醇等溶剂将它们从茶叶中溶出，然后分别先后用氯仿萃取出咖啡因，用乙酸乙酯萃取出儿茶素。再利用咖啡因易于升华的特性提纯咖啡因。索氏提取器的工作原理：脂肪提取器就是利用溶剂回流及虹吸原理，使固体物质连续不断地被纯溶剂萃取，既节约溶剂，萃取效率又高。萃取前先将固体物质研碎，以增加固液接触的面积。然后，将固体物质放在滤纸包内，置于提取器中，提取器的下端与盛有浸出溶剂的圆底烧瓶相连，上面接回流冷凝管。加热圆底烧瓶，使溶剂沸腾，蒸汽通过连接管上升，进入到冷凝管中，被冷凝后滴入提取器中，溶剂和固体接触进行萃取，当提取器中溶剂液面达到虹吸管的最高处时，含有萃取物的溶剂虹吸回到烧瓶，因而萃取出一部分物质。然后圆底烧瓶中的浸出溶剂继续蒸发、冷凝、浸出、回流，如此重复，使固体物质不断为纯的浸出溶剂所萃取，将萃取出的物质富集在烧瓶中。液—固萃取是利用溶剂对固体混合物中所需成分的溶解度小,对杂质的溶解度大来达到提取分离的目的。旋转蒸发仪的工作原理：通过电子控制，使烧瓶在最适合速度下,恒速旋转以增大蒸发面积。通过真空泵使蒸发烧瓶处于负压状态。蒸发烧瓶在旋转同时置于水浴锅中恒温加热，瓶内溶液在负压下在旋转烧瓶内进行加热扩散蒸发。旋转蒸发器系统可以密封减压至400～600毫米汞柱；用加热浴加热蒸馏瓶中的溶剂，加热温度可接近该溶剂的沸点；同时还可进行旋转，速度为50～160转/分，使溶剂形成薄膜，增大蒸发面积。此外，在高效冷却器作用下，可将热蒸汽迅速液化，加快蒸发速率。液—液萃取的原理：应用相似相溶的原则，选择适当的溶剂和萃取条件，可以从液体混合物中萃取某些组分，达到分离的目的。一般来说，极性有机化合物，包括形成氢键的有机化合物及其盐类，通常溶于水而不溶于非极性或弱极性的有机溶剂；非极性或弱极性的有机化合物不溶于水，但可溶于非极性和弱极性的溶剂，如苯、四氯化碳、氯仿等。例如：25℃时，碘在水的溶解度是0.034g，但碘在四氯化碳中的溶解度(25℃)却达2.9g，是水中溶解度的85倍。因此可以利用四氯化碳萃取碘的饱和水溶液中碘，而达到分离富集的目的。实验仪器和药品：实验一：（1）仪器：蒸馏仪器、索氏提取器、电热套、玻璃棒、表面皿、玻璃漏斗、棉花、滤纸、200mL圆底烧瓶，水浴锅，直形冷凝管，蒸发皿、石棉网，锥形瓶，温度计，烧杯，刮刀，砂浴锅，简易连续提取器，咖啡因提取装置，蒸馏装置，升华装置等。蒸发装置索氏提取器升华装置（2）药品：茶叶、95％乙醇、沸石、生石灰粉。2、实验二：（1）仪器：量筒、分液漏斗、小烧杯。（2）药品：饱和碘水、四氯化碳。实验步骤：咖啡因的提取称取干茶叶，装入滤纸筒内，轻轻压实，滤纸筒上口塞一团脱脂棉，置于抽提筒中，圆底烧瓶内加入95％乙醇，加热乙醇至沸腾，连续抽提1h，待冷凝液刚刚虹吸下去时，立即停止加热。将仪器改装成蒸馏装置，加热回收大部分乙醇。然后将残留液（大约10～15ml），倾入蒸发皿中，烧瓶用少量乙醇洗涤，洗涤液也要倒入蒸发皿中，蒸发至近干。加入生石灰粉，搅拌均匀，用电热套加热（100～120V），蒸发至干，除去全部水分。冷却后，擦去沾在边上的粉末，以免升华时污染产物。将一张刺有许多小孔的圆形滤纸盖在蒸发皿上，取一只大小合适的玻璃漏斗罩于其上，漏斗颈部疏松地塞一团棉花。用电热套小心加热蒸发皿，慢慢升高温度，使咖啡因升华。咖啡因通过滤纸孔遇到漏斗内壁凝为固体，附着于漏斗内壁和滤纸上。当滤纸上出现白色针状晶体时，暂停加热，自然冷却至100℃左右，揭开漏斗和滤纸，仔细用小刀把附着于滤纸及漏斗壁上的咖啡因刮入表面皿。将蒸发皿内的残渣加以搅拌，重新放好滤纸和漏斗，用较高的温度再加热升华一次。此时，温度也不宜太高，否则蒸发皿内大量冒烟，产品既受污染又遭损失。四氯化碳萃取碘的饱和水溶液中的碘混合：用量筒量取10ml碘的饱和水溶液，倒入漏斗，然后再加入5ml四氯化碳，改好玻璃塞；振荡：用右手压住分液漏斗口部（上端的玻璃塞），左手握住活塞部分，把分液漏斗倒过来用力振荡。静置：将分液漏斗放在铁架台上静置。分液：待液体分层后，将漏斗上端玻璃塞打开(或使塞上的凹槽对准漏斗上的小孔)，再将漏斗下面的活塞打开，使下层液体慢慢沿烧杯壁留下，到有色液体接近流完时快速关闭活塞。有几层转移至小烧杯中，水层仍保留在分液漏斗中，继续向分液漏斗中加入5ml四氯化碳，充分振荡，静置，记录现象。实验结果记录与数据处理：获得的咖啡因的质量=M（表面皿+咖啡因）-M（表面皿）萃取现象记录：饱和碘水颜色萃取第一次萃取第二次萃取分液漏斗上层颜色分液漏斗下层颜色实验总结：注意事项：索氏提取器使用规范索氏提取器，又称脂肪抽取器或脂肪抽出器。索氏提取器是由提取瓶、提取管、冷凝器三部分组成的，提取管两侧分别有虹吸管和连接管，各部分连接处要严密不能漏气。提取时，将待测样品包在脱脂滤纸包内，放入提取管内。提取瓶内加入石油醚，加热提取瓶，石油醚气化，由连接管上升进入冷凝器，凝成液体滴入提取管内，浸提样品中的脂类物质。待提取管内石油醚液面达到一定高度，溶有粗脂肪的石油醚经虹吸管流入提取瓶。流入提取瓶内的石油醚继续被加热气化、上升、冷凝，滴入提取管内，如此循环往复，直到抽提完全为止。索式提取器的组成：索氏提取器由加热、提取和溶剂回收、冷却大系统组成。使用操作：用厚滤纸制成筒，加样品用绳扎紧，放入所提供的套管中，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，即可进行加压浓缩，剩下的固体样品留在套管中，一般就废弃掉了。使用注意事项：虹吸管易折断，安装和实验过程需小心；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。旋转蒸发仪使用规范旋转蒸发仪，主要用于在减压条件下连续蒸馏大量易挥发性溶剂。尤其对萃取液的浓缩和色谱分离时的接收液的蒸馏，可以分离和纯化反应产物。旋转蒸发仪的基本原理就是减压蒸馏，也就是在减压情况下，当溶剂蒸馏时，蒸馏烧瓶在连续转动。结构:蒸馏烧瓶可是一个带有标准磨口接口的梨形或圆底烧瓶，通过一高度回流蛇形冷凝管与减压泵相连，回流冷凝管另一开口与带有磨口的接收烧瓶相连，用于接收被蒸发的有机溶剂。在冷凝管与减压泵之间有一三通活塞，当体系与大气相通时，可以将蒸馏烧瓶，接液烧瓶取下，转移溶剂，当体系与减压泵相通时，则体系应处于减压状态。使用时，应先减压，再开动电动机转动蒸馏烧瓶，结束时，应先停机，再通大气，以防蒸馏烧瓶在转动中脱落。作为蒸馏的热源，常配有相应的恒温水槽。主要部件：1、旋转马达，通过马达的旋转带动盛有样品的蒸发瓶；2、蒸发管，蒸发管有两个作用，首先起到样品旋转支撑轴的作用，其次通过蒸发管，真空系统将样品吸出；3、真空系统，用来降低旋转蒸发仪系统的气压；4、流体加热锅，通常情况下都是用水加热样品；5、冷凝管，使用双蛇形冷凝或者其它冷凝剂如干冰、丙酮冷凝样品；6、冷凝样品收集瓶，样品冷却后进入收集瓶。使用方法：1.高低调节:手动升降,转动机柱上面手轮,顺转为上升,逆转为下降。电动升降,手触上升键主机上升,手触下降键主机下降。2.冷凝器上有两个外接头是接冷却水用的,一头接进水,另一头接出水,一般接自来水,冷凝水温度越低效果越好.上端口装抽真空接头,接真空泵皮管抽真空用的。3.开机前先将调速旋钮左旋到最小,按下电源开关指示灯亮,然后慢慢往右旋至所需要的转速,一般大蒸发瓶用中,低速,粘度大的溶液用较低转速.烧瓶是标准接口24号,随机附500ml,1000ml两种烧瓶,溶液量一般不超过50%为适宜。4.使用时，应先减压，再开动电机转动蒸馏烧瓶，结束时，因先停电动机，再通大气，以防蒸馏烧瓶在转动中脱落。注意事项：1.玻璃零件接装应轻拿轻放,装前应洗干净,擦干或烘干；2.各磨口,密封面密封圈及接头安装前都需要涂一层真空脂；3.加热槽通电前必须加水,不允许无水干烧；4.RE-52B必须使(19)拧入保险孔内保险,以免损坏烧瓶；5.如真空抽不上来需检查(1)各接头,接口是否密封；(2)密封圈,密封面是否有效；(3)主轴与密封圈之间真空脂是否涂好；(4)真空泵及其皮管是否漏气；(5)玻璃件是否有裂缝,碎裂,损坏的现象。分液漏斗使用规范：分液漏斗用于气体发生器中控制加液，也常用于互不相溶的几种液体的分离。梨形分液漏斗多用于分液操作使用，球形分液漏斗多用于滴加反应液使用。分液漏斗的类型：球形分液漏斗、梨形分液漏斗、梨形刻度分液漏斗（一般：上面的塞子成为活塞，下面颈脖子的塞子成为旋塞）类型球形分液漏斗梨形分液漏斗梨形刻度分液漏斗图示操作示意图振荡静置注意事项1)使用前玻璃活塞应涂薄层凡士林，但不可大多，以免阻塞流液孔。使用时，左手虎口顶住漏斗球，用拇指食指转动活塞控制加液。此时玻璃活塞的小槽要