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水蒸气蒸馏提取挥发油

时间:2018-01-11 17:21
来源:研究小组
作者:AgroIPM
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内容介绍

     水蒸气蒸馏(steam distillation)是分离纯化液体或固体化合物的常用方法之一。

    (1)水蒸气蒸馏的应用范围和条件
    水蒸气蒸馏适用于以下情况:
    ① 沸点较高,在沸点温度下易发生分解或其他化学变化,因而不宜作普通蒸馏的化合物的分离和纯化。
    ② 反应混合物中存在大量非挥发性的树脂状杂质或固体杂质,需从中分离出产物时。
    ③ 从反应混合物中除去挥发性的副产物或未反应完的原料。
    ④ 用其他分离纯化方法有一定操作困难的化合物的分离和纯化。

    用水蒸气蒸馏分离纯化的化合物必须兼备下列条件:
    ① 不溶或难溶于水。
    ② 与沸水及水蒸气长时间共存不发生任何化学变化。
    ③ 在100℃左右有较高蒸气压,一般应不低于1.33kPa(10mmHg)。若低于此值而高于0.67kPa(5mmHg),应采用过热水蒸气蒸馏(即使 水蒸气在进入蒸馏瓶之前先通过一段正被加热的金属管子将其预热到100℃以上);若蒸气压太低,则不宜用水蒸气蒸馏法分离纯化。

    (2)水蒸气蒸馏的装置
    水蒸气蒸馏有多种装置,但都是由水蒸气发生器和蒸馏装置两部分组成,这两部分通过T形管相连接。图1为目前实验室中最常用的一种水蒸气蒸馏装置。

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                                          图1  水蒸气蒸馏装置
    A—水蒸气发生器;B—液面计;C—安全管;D—T形管;
    E—弹簧夹;F—蒸馏瓶;G—导气管;H—Y形管;
    I—蒸馏头;J—直形冷凝管;K—尾接管;L—接收瓶。

    ① 水蒸气发生器。A为水蒸气发生器。通常是用铜皮或薄铁板制成的圆筒状釜,釜顶开口,侧面装有一根竖直的玻璃管,玻璃管两端与釜体相连通,通过玻璃管可以观 察釜内的水面高低,称为液面计。另一侧面有蒸气的出气管。釜顶开口中插入一支竖直的玻璃管C,C的下端插至接近釜底,称为安全管。根据安全管内水面的升降 情况,可以判断蒸馏装置是否堵塞。实验室内若无水蒸气发生器,也可以用大圆底瓶代替,其安装如下图2。

                             图2  用非磨口仪器安装的水蒸气蒸馏装置


    ② T形管。T形管是直角三通管,在一直线上的两管口分别与水蒸气发生器和蒸馏装置连接,第三口向下安装。在安装时应注意使靠近蒸馏瓶的一端稍稍向上倾斜,而 靠近水蒸气发生器的一端则稍稍向下倾斜,以便蒸气在导气管中受冷而凝成的水能流回水蒸气发生器中而不是流入蒸馏瓶中,这样可以避免蒸馏瓶中积水过多。此外 应注意使蒸气的通路尽可能短一些,即导气管及连接的橡皮管尽可能短一些,以免蒸气在进入蒸馏瓶之前过多地冷凝。T形管向下的一端套有一段橡皮管,橡皮管上 配以弹簧夹。打开弹簧夹即可放出在导气管中冷凝下来的积水。在蒸馏结束或需要中途停顿时打开弹簧夹可使系统内外压力平衡,以避免蒸馏瓶内的液体倒吸入水蒸 气发生器中。

    ③ 蒸馏装置。蒸馏装置由蒸馏瓶、Y形管、蒸馏头、直形冷凝管、尾接管和接收瓶组成。由于许多反应是在三口瓶中进行的,直接用该三口瓶作为水蒸气蒸馏的蒸馏瓶 就可避免转移的麻烦和产物的损失。Y形管的作用在于防止蒸馏瓶中的液体因跳溅而冲入冷凝管。由于水蒸气蒸馏时混合蒸气的温度大多在90~100℃之间,所 以冷凝管总是用直形的。接收瓶可以为锥形瓶或圆底瓶、平底烧瓶等。导入蒸气的导气管应插至蒸馏瓶接近瓶底处。在蒸馏瓶底下隔石棉网安装一盏备用的煤气灯, 当蒸馏瓶中积液过多时可适当加热赶走一部分水。

    传统的用非磨口玻璃仪器安装的水蒸气蒸馏装置如图3-21所示,其蒸馏瓶一般为500mL的长颈圆底瓶。为了防止瓶中液体因跳溅而冲入冷凝管,故将瓶颈向 水蒸气发生器(图中以圆底烧瓶代替)方向倾斜约45°角。蒸气导入管较细,弯成约125°角与T形管相连,下端接近蒸馏瓶底部。导出蒸气的管子较粗,弯成 约30°角与冷凝管相连。

    (3)水蒸气蒸馏的操作要点和注意事项

    水蒸气蒸馏的操作程序为:①在选定的蒸馏瓶中装入待蒸馏物,装入量不得超过其容积的1/3。在水蒸气发生器中注入约3/4 容积的清水。②按照前述装置图自下而上、从左到右依次装配各件仪器,各仪器的中轴线应在同一平面内。③打开T形管下弹簧夹,点燃水蒸气发生器下部煤气灯。 ④当T形管开口处有水蒸气冲出时,开启冷却水,夹上弹簧夹,水蒸气蒸馏即开始。⑤当蒸至馏出液澄清透明后再多蒸出约10~20mL水,即可结束蒸馏。结束 蒸馏时应先打开弹簧夹,再移开热源。稍冷后关闭冷却水,取下接收瓶,然后按照与安装时相反的次序依次拆除各种仪器。⑥如果被蒸出的是所需要的产物,则为固 体者可用抽滤回收,是液体者可用分液漏斗分离回收。

    水蒸气蒸馏中应该注意的问题有:

①要注意液面计和安全管中的水位变化。若水蒸气发生器中的水蒸发将尽,应暂停蒸馏,取下安全管,加水后重新开始蒸馏;若安 全管中水位迅速上升,说明蒸馏装置的某一部位发生了堵塞,亦应暂停蒸馏,待疏通后重新开始。

②需暂停蒸馏时应先打开弹簧夹,再移开热源。重新开始时应先加 热水蒸气发生器至水沸腾,当T形管开口处有水蒸气冲出时再夹上弹簧夹。

③要控制好加热强度和冷却水流速使蒸气在冷凝管中完全冷凝下来。当被蒸馏物为熔点较 高的化合物时,常会在冷凝管中析出固体。这时应调小(甚至暂时关闭)冷却水,使蒸气将固体熔化流入接收瓶中。当重新开始通冷却水时,要缓慢小心,防止冷凝 管因骤冷而破裂。

④若蒸馏瓶中积水过多,可隔石棉网加热赶出一些。

    (4)直接水蒸气蒸馏

    如果被蒸馏物沸点较低(因而在100℃左右有较高蒸气压),粘度不大,且不是细微的粉末,故只需少量水蒸气即可蒸出时,可采用直接水蒸气蒸馏法。直接水蒸 气蒸馏的装置与简单蒸馏相同,只是需选用容积较大的蒸馏瓶。加入被蒸馏物后再充入约相当于瓶容积1/2的水,加入沸石,安好装置即可加热蒸馏。如果需要, 也可采用图3-10的装置进行,以便在必要时补充水。

    直接水蒸气蒸馏装置及操作均较简单,但若被蒸馏物是细碎粉末时不宜用此法,因为在蒸馏过程中会产生大量泡沫,或者被蒸馏物的粉末会被直接冲入冷凝管中。

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