从茶叶中提取咖啡因及其测定
A 茶叶中咖啡因的提取及其红外光谱的测定
一、实验目的
1、 通过从茶叶中提取咖啡因学习固-液萃取的原理及方法。
2、 掌握索氏提取器的原理及其作用。
3、 掌握升华原理及操作。
4、 了解傅立叶变换红外光谱仪的工作原理，学习AVATAR360FT-IR的使用方法。
5、 掌握常用的固态物质红外制样方法—溴化钾压片法。
6、 学习利用红外吸收光谱对有机化合物结构进行定性鉴定的方法。
二、实验原理
茶叶中含有多种黄嘌呤衍生物的生物碱，起主要成分为含量2%~4%的咖啡因（Caffeine,又名咖啡碱），并含有少量茶碱和可可豆碱，以及11%~12%的丹宁酸（又称鞣酸），还有约0.6%的色素、纤维素和蛋白质等。
咖啡因的化学名为1，3，7-三甲基-2，6-二氧嘌呤，其结构为：
纯咖啡因为白色针状结晶体，无臭，味苦，置于空气中有风化性。易溶于水、乙醇、氯仿、丙酮、微溶于石油醚，难溶于苯和乙醚，它是弱减性物质，水溶液对石蕊试纸呈中性反应。咖啡因在100?C时失去结晶水并开始升华，120?C升华显著，178?C时很快升华。无水咖啡因的熔点为238?C。
咖啡因具有刺激心脏，兴奋大脑神经和利尿等作用，因此可单独作为有关药物的配方。咖啡因可由人工合成法或提取法获得。本实验采用索式提取法从茶叶中提取咖啡因。利用咖啡因易溶于乙醇，易升华等特点，以95%乙醇作溶剂，通过索氏提取器（或回流）进行连续提取，然后浓缩、焙炒而得粗制咖啡因，再通过升华提取得到纯的咖啡因。
红外吸收光谱是有机化合物结构鉴定的重要方法之一，它主要能提供有机物中所含有官能团等信息。
测定红外光谱时，不同类型的样品须采用不同的制样方法。固态样品一般可采用压片法和糊状法制样。压片法是将样品与溴化钾粉末混合研磨细和匀后，压制成厚度约为1mm的透明薄片；糊状法是将样片研磨成足够细的粉末，然后用液体石蜡或四氯化碳调成糊状，然后将糊状物薄薄地均匀涂布在溴化钾晶片上。由于石蜡或四氯化碳本身在红外光谱中有吸收，所以在解析谱图时要将它们产生的吸收峰扣除。图4-32是液体石蜡和四氯化碳的红外吸收光谱图。
测绘样品的红外光谱图仅仅是化合物结构坚定工作的第一步，更重要的是对红外光谱图进行解析。红外光谱图中有很多吸收峰，含有丰富的结构信息，但其中有许多我们还不能准确地解释。对于初学者来说，主要应掌握4000~1500cm?1
官能团特征频率区的吸收峰和
1500
cm
?1
以下一些重要吸收峰的回归，并学会红外标准谱图的查阅或标准谱库的计算机检索方
法。
三、仪器与试剂
1、 仪器：60mL索氏提取器一套、蒸发皿、玻璃漏斗、蒸馏头、接受管、50mL锥形瓶、直
形冷凝管。AVATAR360FT-IR红外光谱仪或其他型号的红外谱仪器。红外干燥灯、不锈钢镊子和样品刮刀、玛瑙研钵、试样纸片、压模、压片机、磁性样品架、无水乙醇浸泡的脱脂棉等
2、 试剂：茶叶、95%乙醇、生石灰、溴化钾粉末。
四、实验装置图
茶叶中咖啡因的提取装置图
蒸馏装置图
升华装置图
五、实验步骤
1、 从茶叶中提取咖啡因
2、 用熔点仪测咖啡因熔点
3、 红外光谱吸收测定
a、 开启仪器，启动计算机并进入OMNIC窗口。
b、 压片法制样：取1~2mg干燥试样放入玛瑙研钵中，加入100mg左右的溴化钾粉末，
磨细研匀。按照图4-33顺序放好压模的底座、底摸片、试样纸片和压模体，然后，将研磨好的含试样的溴化钾粉末小心放入试样纸片中央的孔中，将压杆插入压模体，在插到底后，轻轻转动使假如的溴化钾粉末铺匀。把整个压模放到压片机的工作台垫板上（见图4-34），旋转压力丝杆手轮压紧压模，顺时针旋转放油阀到底，然后，
55缓慢上下压动压把，观察压力表。当压力达到1?10~1.2?10kPa（约100~120
kgcm2
）时，停止加压，维持2~3min
，反时针旋转放油阀，压力解除，压力表指
针回到“0”，旋松压力丝杆手轮，取出压模，即可得到固定在试样纸片孔中的透明晶片。将试样纸片小心放在磁性样品架的正中间，压力磁性片。制好的试样供下一步收集样品图时用。
c、 绘制试样咖啡因的红外光谱图并进行标准谱库检索。整个过程包括（1）设定收集参
数；（2）收集背景；（3）收集样品图；（4）对所得试样谱图进行基线校正，标峰等处理；（5）标准谱库检索；（6）打印谱图。
d、 收集样品图完成后，即可从样品室中取出样品架。并用浸有无水乙醇的脱脂棉将用
过的研钵、镊子、刮刀、压模等清洗干净，置于红外干燥灯下烘干，以备制下一个试样。
六、实验结果
1、 得到咖啡因产品0.1025g。
2、 测的咖啡因初熔：224.5℃；终熔：226.3℃。
3、根据试样谱图分析可知，1024.88cm：C=N;1702.14cm：C=O;1284.82cm:C-C。该试样为咖啡因。由于有杂质峰和溶剂峰影响以及实验条件的不同，试样谱图与标准谱图匹配相似为92.91%。
七、注意事项
1、加入生石灰起中和作用，以除去单宁酸等酸性的物质。生石灰一定要研细。
2、乙醇将要蒸干时，固体易溅出皿外，应注意防止着火。
3、升华前，一定要将水分完全除去，否则在升华时漏斗内会出现水珠。遇此情况，则用滤纸迅速擦干水珠并继续焙烧片刻而后升华。
4、升华过程中必须严格控制加热温度。
B、液相色谱法测定速溶咖啡中咖啡因的含量
一、实验目的
1、掌握高效液相色谱定性和定量分析的原理及方法；
2、了解高效液相色谱的构造、原理及操作技术。
二、实验原理
高效液相色谱由储液器，泵、进样器、色谱柱、检测器、记录仪等几部分组成，储液器中的流动相被高压泵打入系统，样品溶液经进样器进入流动相，被流动相载入色谱柱内，由于样品溶液中的各组分在两相中具有不同的分配系数，在两相中作相对运动，经过反复多次的吸附—解吸的分配过程，各组分在移动速度上产生较大的差别，被分离成单个组分依次从柱内流出，通过检测器时，样品浓度被转换成电信号传送到记录仪。
三、仪器与试剂
1、仪器：液相色谱仪：六通进样阀：20ulHPLC微量注射器：0.45微孔滤膜；超声波清洗器及玻璃器皿一套。
2、试剂：咖啡因标准液：配制浓度为10mg/ml的咖啡因储备液（称取0.1g定容于10ml）；取0.50ml 10mg/ml 的咖啡因标准再用水稀释至50ml的浓度为100ug/ml咖啡因标准中间液。
四、实验步骤
1、实验条件
流动相：甲醇+水（90+10）
检测波长：276nm
进样体积：20ul
流动相流速：1ml/min
温度：30℃
2、溶液配制
（1） 标准溶液的配制：取0.5ml 100ug/ml的咖啡因标准中间液定容于50ml容量瓶中，得
到1ug/ml的标准使用液。分别移取5.00ml,2.50ml,1.00ml,0.50ml,0.25ml标准使用液于50ml容量瓶中，用水定容，得浓度分别为100ug/ml,50ug/ml,25ug/ml,10ug/ml,5ug/ml的标准系列溶液。
（2） 样品溶液：称取咖啡3.6558g，溶解过滤，得50ml,取出2ml，稀释定容于10ml容量
瓶中。
3、 测定
开机：按照正确开机方式，开启高效液相色谱仪和电脑，并联机。用流动相冲洗体系，待基线稳定。
建立分析方法：点击file中method的new。建立新的方法文件，设置pump和detector参数，save as 该方法并激活。
进样分析：按照浓度由低到高的顺序测定标准系列溶液，以峰面积定量做工作曲线，在相同条件下测样品分析液。
关机：测定完毕后，用100%甲醇清洗色谱柱和进样阀，按照操作步骤关闭高效液相色谱仪和电脑，并清洗所用玻璃仪。
五
六、实验数据记录
溶液浓度（ug/ml） 保留时间 （min） 峰面积 5 2.501 505763 10 2.536 682922 25 2.528 1972960 50 2.549 2906651 100 2.528 2606290
七、实验数据处理
以浓度为横坐标，峰面积为纵坐标作图如下：
根据测的咖啡因峰面积为2354126 得咖啡浓度为66.813ug/ml.
所以咖啡中咖啡因含量
为： w=（250×66.813）/（3.6558×100000）×100%=0.0457% 根据公式：X=(S*C0)/(C*A0)=(2354126×50)/(66.813×2906651) =0.606 所以咖啡中咖啡因的质量含量为0.606mg/kg。
八、 注意事项
1、 流动相进入仪器前一定要超生脱气;
2、 流动相的体积要足够，防止流动相不够而吸入气泡。
第二篇：咖啡因的分离提取
咖啡因的分离提取
咖啡因是一种黄嘌呤生物碱化合物，是一种中枢神经兴奋剂，能够暂时的驱走睡意并恢复精力。有咖啡因成分的咖啡、茶、软饮料及能量饮料十分畅销，因此，咖啡因也是世界上最普遍被使用的精神药品。茶叶中含有多种生物碱，其中咖啡因（也叫咖啡碱，caffeine）含量为1 % ~ 5 %，单宁酸含量为11 % ~ 12 %，色素、纤维素、蛋白质等含量为0.6 %，咖啡因是弱碱性化合物，易溶于氯仿（12.5 %）、水（2 %）及乙醇（2 %）、热苯（5 %）等。单宁酸易溶于水和乙醇，不溶于苯。咖啡因为嘌呤的衍生物，化学名为1,3,7-三甲基-2,6-二氧嘌呤，其结构式如下：
近年来从茶中提取药用咖啡因方法的研究进展，包括升华法、溶剂法、吸附法和超临界CO2气提法。
实验目的及意义
咖啡因具有刺激心脏、兴奋大脑神经和利尿等作用，主要用作中枢神经兴奋药。它也是复方阿司匹林APC（阿司匹林-非那西丁-咖啡因）等药物的组分之
一。最新研究表明咖啡因具有保护心脏血管的功能提神醒脑、抗忧郁、控制体重、促进消化、利尿、改善便秘、止痛、增强身体敏捷度、降低得胆结石的机会。咖啡和感冒药等都含有大量的咖啡因。通过本次设计性试验，让我们的查阅资料能力思考问题及解决能力得到提升，并对咖啡因又进一步的了解。
实验步骤
1、称取300g市售茶叶，用纱布包起，加入到盛有 3L蒸馏水的烧杯中，加热煮沸3h，把茶叶提出水面，并用玻璃棒把残留在其中水赶出来。
2、冷却至室温，转移至分液漏斗，用600mL氯仿分两次萃取，收集萃取液于一干燥的锥形瓶中，用无水硫酸钠干燥。
3、过滤出去硫酸钠。
4、常压蒸馏：把干燥后的氯仿溶液转移到蒸馏烧瓶中，加入沸石，加热常压蒸去氯仿，得到白色粉末咖啡因。
5、仔细刮出附着蒸馏烧瓶中的产品，干燥，称量。
实验操作流程图：
300g 在蒸馏水中加热煮沸3h
茶水
600ml氯仿分两次萃取
萃取液
无水硫酸钠干燥
无水氯仿溶液
过滤
在蒸馏烧瓶中加入沸石，蒸出氯仿 咖啡因（白色粉末）
咖啡因的鉴定
1 熔点： 237 °C
2 与碘化铋钾试剂反应生成淡黄色或红棕色沉淀
3利用薄层色谱法鉴别（市售的止痛药片—复方阿司匹林含有 乙酰水杨酸 非那西丁 咖啡因）
4 紫外光谱法 咖啡因的无水乙醇溶液在 273nm 下有最大吸收
进度计划
参考文献