基本信息
- 项目名称：
- 茶叶中提取咖啡因的新型实验装置
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 在有机化学实验中，咖啡因的提取实验在全国大多数高校中都有涉及。但是在实际的提取过程中咖啡因的提取量不多，而且升华过程中温度难以控制直接造成后来的结晶现象不明显。通过对提取装置的改进，和升华过程中对温度的控制，在保证提升实验效果的基础上，减少了仪器的破坏和溶剂的损耗，节约了实验经费，同时也保护了环境。
- 详细介绍：
- 咖啡因的提取实验是有机化学实验中一个经典实验。主要分溶剂提取和升华结晶两大部分。其中影响实验最终效果的一是提取过程中溶剂对茶叶中咖啡因的提取量，二是升华过程中对温度的控制。通过对提取装置的改进。采用恒压漏斗代替索氏提取器虽不能产生虹吸现象，但可以实现回流的自动化，在提取过程中可以通过调节活塞调控滴液速度，使茶叶自始至终都浸泡在乙醇中，保持恒压漏斗液面维持恒定，实现自动化提取。 改进后的实验装置克服了传统装置的不足之处： 1．由于提取的过程中不需要虹吸，能够节省用于虹吸的的部分，因而大大节省了用于提取的溶剂，在后续的蒸馏的步骤中既节省了时间又减少了电的消耗。 2．漏斗的底部用脱脂棉塞好，将茶叶粉末置于脱脂棉上既减少了溶剂的使用量又能防止粉末渗漏至圆底烧瓶造成产品不纯。 3．恒压漏斗（大约20—30元每套）比索式提取器更为便宜，可以与普通冷凝管联合使用，无需配套。若能实现，可以为实验室节省大笔仪器费用。 4．恒压漏斗只用80——100ml溶剂即可完成实验，而索式提取器需要用120ml左右的溶剂才能完成提取过程，所以使用恒压漏斗可以为实验室节省大笔的溶剂费用。 5．用恒压漏斗代替索式提取器进行实验，在节约实验原料成本的同时，实验过程中产生的废物也相应减少更加有利于环境保护，适应当前的环保需要。 另外从提取溶剂的选择、提取时间的确定、提取溶剂体积的探究、茶叶的选择以及升华过程控温上着手进行实验探究。通过对比实验数据，确定一种高效、节约、环保、实验效果明显的实验方法。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 从茶叶中提取咖啡因是一个典型的天然产物提取实验，在大多数高校的有机实验中均开设，在实验过程中我们发现原有的实验方法存在提取实验装置提取产量不高、索氏提取器易损坏、溶剂浪费严重、结晶效果不明显等问题。结合实验操作的具体要求，对实验设备进行了一些改进。在提升实验效果的基础上，解决了提取产率不高、仪器严重破损、提取溶剂浪费等一系列问题。
科学性、先进性及独特之处
- 当前实验室进行茶叶中咖啡因提取实验时，多采用索氏提取器进行实验。但是索氏提取器易破损、价格昂贵、提取效果不明显等缺点是一个急需解决的问题。用恒压漏斗代替索氏提取器提取，通过实验数据验证，得出恒压漏斗在实验提取效果、实验经费的节约、实验的高效性以及环境的保护上要优于原有的索氏提取器的提取效果。另外升华过程中对温度的控制也是一个不容忽视的亮点。
应用价值和现实意义
- 改进后的实验装置提升了实验效果，解决了原有实验装置易破损、价格昂贵的缺点，同时节省了实验中溶剂的使用，提高了实验效率，保护了环境。通过网上分析，最近以来，国际市场咖啡因需求增加，我国产品出口货源紧缺，生产厂家纷纷满负荷生产，一些企业还准备进一步扩产。预计今后我国咖啡因出口将持续看好，前景光明。
学术论文摘要
- “从茶叶中提取咖啡因实验”是大学有机化学实验教学中关于天然产物提取的经典实验，目前国内高校大多采用文献进行实验教学，我们通过对茶叶中提取咖啡因实验的操作以及对实验装置的探讨，针对提高茶叶中提取咖啡因实验中实验装置科学性和实用性，提出了相应的改进方法。用恒压漏斗代替Soxhlet提取器，不但缩短了提取时间，节约了乙醇而且解决了虹吸管易破损，提取产率不高的问题。对升华提取装置进行分析和实验验证，证明控温对升华效果的重要性，以此找到合适的升华装置，提高了产品的产率。
获奖情况
- 本作品通过学院选拔推荐和学校的考核，获得参加省内作品选拔的资格。
鉴定结果
- 该项目为化学与药学院教师王辉同志申请的实验室技术研究课题，在王老师指导下，由赵斌林等几位同学参与项目的实验部分，最终所得数据均来自实验结果，翔实可靠。推荐参加省内比赛。
参考文献
- 参考文献( References) : ［1］李吉海，刘金庭 基础化学实验（3）——有机化学实验 第二版 化学工业出版社 2007.7 ［2］程嘉豪，张萍.茶叶副产品综合利用［J］.化学时刊，1994，（4）：11-13. ［3］Lovallo WR.Stress-like adenocorticotropin responses to caffeine in young healthy men［J］.Pharmacol Biochem，1996,55（3）：365-369 ［4］ 健平.咖啡因，健康杀手［J］.中国食品，2000，（10）：15. ［5］Smith A．Effects of caffeine on human behavior［J］．Food and Chemical Toxicology ,2002 ［6］Shilo L，Sabbah H，Hadari R，et a1.The effects of coffee consu mption on sleep and me latonin sectretion [ J ].Sleep Med 2002,3：271～273 ［7］Lane JD,Pieper CF,Phillips-Bute BG,et al.Caffeine affects cardiovascular and neuroendocrine activation at work and home［J］.Psychosomatic Medicine,2002(64):595～603
同类课题研究水平概述
- 1.目前，国内外从事从茶叶中提取咖啡因方法比较研究的人很多，但大多数针对的是单纯实验方法之间的相互比较，很少针对咖啡因的提取进行探索与比较研究。也有一部分人对升华装置进行过改进，但仍显不足。因此，作此篇论文填充以上两个研究的空白或弥补两个研究方向的不足。 2.由于不同物质的升华温度不同，而升华温度的选择对产物的纯度和产量有极大的影响，所以我们的研究具有较大的理论价值和实际应用价值。 升华操作是实验成功的关键。升华过程中始终都应严格控制加热电压，将温度控制在合适的温度。如温度太高，会发生炭化，从而将一些有色物带入产物；温度低，咖啡因升华不完全，甚至不能升华。国内外相关的课题少之又少，改进的实验装置仍存在许多问题，传统的升华装置过于简单，密闭性得不到保证，许多同学得到的粗产品在升华过程中由于密闭性和温度得不到控制未出现晶体，并以失败而告终。 国内有些课题将传统升华装置的滤纸改为盛有冷凝水的圆底烧瓶，容器壁内外往往由于温差而导致出现水珠使晶体难以在器壁上附着。另一个问题是此装置难以控制升华温度，一旦把握不好将直接导致样品的碳化或是样品的破坏。 吕守茂等人提出的实验装置为在酒精灯下放了一个升降台，蒸发皿之间和石棉网之间加了一层沙同时在沙中又放入了一个温度计，这样的装置在温控方面做了一些改进，但为充分考虑气密性对产率的影响。
