Теоретические основы экстрагирования

Большинство галеновых, новогаленовых, препаратов индивидуальных веществ из растительного и животного сырья получают способом экстрагирования. В основе экстрагирования лежат диффузионные (массообменные) процессы, основанные на выравнивании концентраций биологически активных веществ (БАВ) в растворителе (экстрагенте) и внутри клетки. По механизму массопереноса различают два вида диффузии: молекулярную и конвективную.

Молекулярная диффузия - это процесс, основанный на взаимном проникновении хаотически движущихся молекул жидких или газообразных веществ, граничащих друг с другом и находящихся в состоянии макроскопического покоя. Движущей силой диффузионного процесса является разность концентраций растворенных веществ в граничащих жидкостях или газах.

Скорость молекулярной диффузии зависит от радиуса диффундирующих молекул, вязкости раствора и температуры.

Математическое выражение процесса молекулярной диффузии представлено уравнением Фика, которое показывает зависимость скорости диффузии dm/dt (м²/с) от коэффициента диффузии D (м²/с), площади поверхности, через которую проходит диффузия S (м²) и градиента концентрации dc/dx:

dm dc

¾ = - DS ¾

dt dx

Коэффициент диффузии D показывает количество вещества (кг), продиффундировавшего за 1с через поверхность в 1м² при разности концентрации, равном 1 кг/м³. Знак (-) показывает направление процесса в сторону уменьшения концентрации (из клетки). Математически коэффициент диффузии выражается уравнением Эйнштейна:

,

где R - универсальная газовая постоянная, 8,32 Дж/град×моль;

Т - температура, К;

h - вязкость среды, н/с×м²;

N_А - число Авогадро, 6,02 ×10²³;

r – радиус диффундирующих частиц, м.

Таким образом, чем меньше радиус диффундирующих частиц, меньше вязкость среды и выше температура, тем выше скорость молекулярной диффузии. Скорость диффузии также возрастает с увеличением поверхности, разделяющей вещества, с уменьшением толщины слоя, через который диффундируют вещества и с увеличением продолжительности процесса.

Конвективная диффузия - это процесс, основанный на массопереносе вещества в небольшом объеме растворителя в турбулентном потоке.

Математическое выражение скорости диффузии представлено уравнением:

где b - коэффициент конвективной диффузии, показывающий, какое количество вещества передается через 1 м² поверхности фазового контакта в воспринимающую среду в течение 1 с при разности концентрации между слоями, равной 1 кг/м³.

Скорость конвективной диффузии возрастает с увеличением поверхности контакта фаз, разности концентраций и продолжительности процесса. При конвективной диффузии размер молекул диффундирующего вещества, вязкость растворителя становятся второстепенными факторами, а главными факторами, влияющими на скорость диффузии, становятся гидродинамические условия: скорость и режим движения жидкости. Скорость конвективной диффузии во много раз выше скорости молекулярной диффузии.