化学与药学院-课件1.ppt

1、青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷1化学分析与分离蒸馏与挥发蒸馏与挥发青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷2挥发法挥发法 (Volatilization)u利用物质利用物质挥发性的差异挥发性的差异来分离共存组分来分离共存组分u也称也称“气体分离法气体分离法”升温升温液体或固体样品液体或固体样品挥发性挥发性组分组分volatility青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷3选择性挥发选择性挥发(Selective volatilization)u在一定温度和压力下，待测组分的挥发性和蒸在一定温度和压力下，待测组分的挥发性和蒸

2、汽压足够大，而其他组分蒸汽压小到可以忽略汽压足够大，而其他组分蒸汽压小到可以忽略时，则可以进行选择性挥发，达到定量分离的时，则可以进行选择性挥发，达到定量分离的目的目的u提高分离效率：提高分离效率：待测组分待测组分 挥发性、热稳定的化合物或元素挥发性、热稳定的化合物或元素青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷4挥发法包括：挥发法包括：u蒸馏蒸馏u蒸发蒸发u升华升华u气体发生和驱气气体发生和驱气u用于分析化学、分离基用于分析化学、分离基体、分离待测痕量组分体、分离待测痕量组分：用于分离提纯或制备：用于分离提纯或制备青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷

3、5适于气态分离的元素和化合物适于气态分离的元素和化合物青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷6蒸馏蒸馏(Distillation)u基于基于气气-液平衡原理液平衡原理将物质组分分离将物质组分分离u二组分混合物（二组分混合物（A&B）蒸气压：蒸气压：AB简单蒸馏：二组分不完全分离简单蒸馏：二组分不完全分离蒸气相蒸气相液相液相AAAAABBBBBB蒸气相蒸气相液相液相AAAAABBBBBB达到平衡达到平衡升温升温青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷7分馏技术分馏技术u多次重复简单蒸馏多次重复简单蒸馏 每一理论塔板逐渐富集较易挥发组分每一理论塔板逐渐富集

4、较易挥发组分u有足够塔板数有足够塔板数 能够分离二组分能够分离二组分&达到所需纯度达到所需纯度青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷8分馏装置（示意图）分馏装置（示意图）青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷9分馏装置（实物分馏装置（实物）青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷10分馏柱分馏柱韦氏分馏柱韦氏分馏柱（垂刺分馏柱）（垂刺分馏柱）青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷11分馏柱分馏柱具环形膨胀阱 具蛇形具蛇形膨胀管膨胀管具环形具环形膨胀阱膨胀阱青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯

5、婷侯婷12挥发度挥发度uA、B二元混合物体系中，组分二元混合物体系中，组分A挥发度挥发度u或：或：液气挥发度)()(AAXX液挥发度)(AAXppA为组分为组分A的蒸气分压的蒸气分压(XA)气气：蒸气中组分：蒸气中组分A的摩尔分数的摩尔分数(XA)液液：液体中组分：液体中组分A的摩尔分数的摩尔分数青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷13相对挥发度相对挥发度uA、B二元混合物二元混合物u根据拉乌尔定律：根据拉乌尔定律：u而且：而且：液液气液液气的挥发度的挥发度相对挥发度)()()()()()(AABBABBAAXXppXXXXBAAApXp 液液)(pA ：A的蒸气压的蒸

6、气压BApp相对挥发度液液气气)(1)()(1)(AAAAXXXX则：则：较易挥发组分：较易挥发组分：1 可看作可看作富集因子富集因子青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷14理论塔板数理论塔板数nu分馏柱的效率取决于多种因素分馏柱的效率取决于多种因素填料类别、温度控制、柱长、产物移去速率等填料类别、温度控制、柱长、产物移去速率等u“理论塔板数理论塔板数n”n”表示柱的分离效果表示柱的分离效果1个理论塔板数个理论塔板数=1次理想蒸馏所达到的效率次理想蒸馏所达到的效率可用实验方法测得可用实验方法测得从开始的组成分馏到指定的组成时，从开始的组成分馏到指定的组成时，所需蒸发所需

7、蒸发-冷凝的平衡次数即为冷凝的平衡次数即为n青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷15芬斯克（芬斯克（Fenske）方程）方程u对于有对于有n个理论塔板的分馏柱，经过个理论塔板的分馏柱，经过n+1次次反复蒸发反复蒸发-冷凝过程，其分离结果为：冷凝过程，其分离结果为：液液气气)(1)()(1)(1AAnAAXXXX青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷16理论塔板高度理论塔板高度HuH：分馏柱效率的另一个重要参数：分馏柱效率的另一个重要参数uH与与L无关（无关（n与与L有关）有关）uH越小越小 n越多越多 分离效率越高分离效率越高nLH L L为柱长为

8、柱长青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷17普通蒸馏法普通蒸馏法u基于物质的基于物质的挥发性和沸点的差异挥发性和沸点的差异进行分离进行分离将易挥发的组分蒸馏出来将易挥发的组分蒸馏出来不易挥发的组分残留在底液中不易挥发的组分残留在底液中u采用分馏柱采用分馏柱多次挥发和冷凝多次挥发和冷凝 分离效果更好分离效果更好u用于实验室提纯盐酸、硝酸、氢溴酸、氢用于实验室提纯盐酸、硝酸、氢溴酸、氢碘酸、硫酸等碘酸、硫酸等青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷18普通蒸馏法：实例普通蒸馏法：实例1u蒸馏法提纯恒沸盐酸蒸馏法提纯恒沸盐酸原料：分析纯原料：分析纯HCl

9、用水以用水以7+3比例稀释比例稀释蒸馏速度：蒸馏速度：150-250mL/h弃去前段馏分弃去前段馏分&尾段馏分尾段馏分保留中段馏分保留中段馏分（加料量的（加料量的70%）如需除砷：蒸馏前用氧化剂如需除砷：蒸馏前用氧化剂（HNO3或或KMnO4）将易）将易挥发的挥发的AsCl3氧化为高价氧化为高价青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷19普通蒸馏法：实例1u蒸馏法提纯恒沸盐酸（装置蒸馏法提纯恒沸盐酸（装置2）青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷20恒沸液恒沸液u在一定温度下沸腾而其组成不变的溶液在一定温度下沸腾而其组成不变的溶液u某些物质的水溶液：如

10、氢卤酸、某些物质的水溶液：如氢卤酸、HNO3、H2SO4、酒精溶液等、酒精溶液等恒沸溶液恒沸溶液浓度浓度恒沸点恒沸点(C)C)盐酸盐酸/水水20.24%110硫酸硫酸/水水98.3%338硝酸硝酸/水水68%120.5高氯酸高氯酸/水水72.4%203乙醇乙醇/水水95.57%78.10(“恒沸溶液恒沸溶液”或或“恒沸混合物恒沸混合物”)青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷21普通蒸馏法：实例普通蒸馏法：实例2u减压蒸馏提纯高氯酸减压蒸馏提纯高氯酸市售高氯酸浓度：市售高氯酸浓度：70%-72%，接近，接近恒沸混合物浓度恒沸混合物浓度 蒸馏后浓度不蒸馏后浓度不变变硫酸浴加

11、热硫酸浴加热机械真空泵抽真空机械真空泵抽真空140 C时高氯酸开时高氯酸开始蒸出始蒸出青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷22亚沸蒸馏技术亚沸蒸馏技术u近代发展起来的蒸馏技术近代发展起来的蒸馏技术u主要特点：主要特点：用红外线或电热丝用红外线或电热丝从上方加热从上方加热提纯液态物质提纯液态物质液体在低于沸点条件下表面蒸发液体在低于沸点条件下表面蒸发 避免沸腾状态下气泡自液体底部上升避免沸腾状态下气泡自液体底部上升 母液雾状颗粒不会进入馏出液母液雾状颗粒不会进入馏出液u产品质量优于普通蒸馏法产品质量优于普通蒸馏法青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷

12、23石英亚沸蒸馏器石英亚沸蒸馏器青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷24石英亚沸高纯水蒸馏器石英亚沸高纯水蒸馏器青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷25聚四氟乙烯亚沸蒸馏器聚四氟乙烯亚沸蒸馏器u用于提纯氢氟酸青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷26挥发分离挥发分离u从样品中分离主要组分或痕量组分从样品中分离主要组分或痕量组分u经典例子经典例子测定蒸馏水中痕量杂质：蒸发除去主要组分测定蒸馏水中痕量杂质：蒸发除去主要组分(水水)古蔡氏法（古蔡氏法（Gutzeits Arsenic Test）测多种）测多种样品中的痕量砷：样品中

13、的痕量砷：砷砷 砷化氢（蒸馏分离）砷化氢（蒸馏分离）u方法：方法：直接蒸馏挥发一种或多种组分直接蒸馏挥发一种或多种组分将各组分转化为具有不同挥发性的化合物将各组分转化为具有不同挥发性的化合物青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷27痕量组分的挥发痕量组分的挥发u痕量组分挥发痕量组分挥发-检测过程检测过程青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷28溶液中痕量组分的挥发溶液中痕量组分的挥发u将液体样品中的痕量组分定量挥发将液体样品中的痕量组分定量挥发u常用方法：常用方法：气流载带法、热挥发法、化学反应等气流载带法、热挥发法、化学反应等u挥发挥发 捕集（溶液

14、吸收、冷凝等）捕集（溶液吸收、冷凝等）测定测定u也可直接与测量仪器联接也可直接与测量仪器联接 试样的分解、富集分离和测定同时进行试样的分解、富集分离和测定同时进行青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷29从溶液中挥发分离痕量组分从溶液中挥发分离痕量组分基体基体痕量组分痕量组分挥发挥发测定测定方法方法挥发形式挥发形式试样处理试样处理食品食品As,SnAs,Sn氢化物氢化物酸性溶液酸性溶液+KBHKBH4 4GCGC天然水天然水HgHgHgHg溶液溶液+还原剂还原剂AASAAS粮食粮食HgHgHgHgSnClSnCl2 2+NaBH+NaBH4 4AASAAS海底沉积物海底沉

15、积物Se(Se(硒硒)SeBrSeBr4 4次磷酸次磷酸+NH+NH4 4Br+KIOBr+KIO3 3光度光度岩矿岩矿As,Sb,As,Sb,SnSn氢化物氢化物酸性溶液酸性溶液+KBHKBH4 4AASAAS青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷30固体和熔融体中痕量组分的挥发固体和熔融体中痕量组分的挥发u 1000 C，在真空状态、惰性保护气、或，在真空状态、惰性保护气、或活性气体中，选择性挥发活性气体中，选择性挥发u收集：收集：吸收剂、冷阱或冷凝器吸收剂、冷阱或冷凝器青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷31固体样品中痕量元素挥发法应用实例固

16、体样品中痕量元素挥发法应用实例基体基体痕量元素痕量元素温度温度/C C回收率回收率%含量含量气流气流ZnOZnOCdCd300/750300/7501001002-3000 ng2-3000 ngH H2 2/N/N2 2铝土矿铝土矿ZnZn1150115010010030 30 g gH H2 2固体样品固体样品TlTl100010001001002-1000 ng2-1000 ngH H2 2CuCuSeSe1000100096.796.72 2 g g/矿石矿石Bi,Cd,Bi,Cd,TlTl1000/12001000/1200 95-10095-10010-100 pg10-100 p

17、gH H2 2/N/N2 2植物植物PbPb10001000100100ng-ng-g gH H2 2青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷32痕量组分挥发法的应用痕量组分挥发法的应用u蒸馏分离金属中的氮蒸馏分离金属中的氮u氢化物发生法分离砷、铋、锗、铅、锑、氢化物发生法分离砷、铋、锗、铅、锑、硒、锡、碲硒、锡、碲u还原挥发分离汞还原挥发分离汞u蒸馏分离锗蒸馏分离锗u蒸馏挥发分离硫蒸馏挥发分离硫u蒸馏分离金属铋中的氯蒸馏分离金属铋中的氯u矿石中锇、钌的分离与测定矿石中锇、钌的分离与测定青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷33主要组分的挥发主要组分的

18、挥发u基体挥发性基体挥发性 待测痕量组分挥发性待测痕量组分挥发性u高温挥发缺点：高温挥发缺点：会造成易挥发痕量组分的损失会造成易挥发痕量组分的损失基体元素可能发生氧化态的变化基体元素可能发生氧化态的变化 改变挥发性改变挥发性u低温挥发低温挥发缺点：缺点：耗时长耗时长 解决方法：解决方法：采用真空蒸馏、惰性气体载带、通过化学反应采用真空蒸馏、惰性气体载带、通过化学反应使基体转变为更具挥发性的形态使基体转变为更具挥发性的形态青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷34溶液中基体元素挥发的典型例子溶液中基体元素挥发的典型例子基体基体挥发形式挥发形式样品处理样品处理富集的痕量元素富

19、集的痕量元素硅，硅，SiOSiO2 2SiFSiF4 4HF-HNOHF-HNO3 3Al,Ag,Bi,Ca,Cd,Cu,Fe,Al,Ag,Bi,Ca,Cd,Cu,Fe,Mn,In,Ni,Pb,Ti,Tl,ZnMn,In,Ni,Pb,Ti,Tl,Zn 冰雪冰雪H H2 2O O低温蒸发低温蒸发Co,Cu,Cr,Cu,Fe,Sb,Se,Co,Cu,Cr,Cu,Fe,Sb,Se,ZnZnGe,GeOGe,GeO2 2GeClGeCl4 4HCl-HNOHCl-HNO3 3Ag,Al,Bi,Ca,Cd,Cu,Fe,Ag,Al,Bi,Ca,Cd,Cu,Fe,Mg,Mn,Ni,Pb,Sn,Ti,ZnMg

20、,Mn,Ni,Pb,Sn,Ti,Zn硒，硒，SeOSeO2 2SeBrSeBr4 4HBr-BrHBr-Br2 2Ag,Al,Bi,Ca,Cu,Fe,Ga,Ag,Al,Bi,Ca,Cu,Fe,Ga,In,Mg,Mn,Ni,PbIn,Mg,Mn,Ni,Pb砷砷AsBrAsBr3 3HBr-BrHBr-Br2 2Ag,Al,Bi,Cr,Cu,Fe,Mg,Ag,Al,Bi,Cr,Cu,Fe,Mg,MnMn,Ni,Ni,PbPb,SnSn,Co,Co青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷35固体和熔融体中基体成分的挥发(1)u低温冻干法（冻干法）低温冻干法（冻干法）真空冷冻样品，

21、水以升华方式分离真空冷冻样品，水以升华方式分离用途：分离生物组织中水分，水中痕量杂质分析用途：分离生物组织中水分，水中痕量杂质分析uNH4Cl中痕量杂质：采用基体升华方式分离中痕量杂质：采用基体升华方式分离青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷36固体和熔融体中基体成分的挥发(2)u真空蒸馏法真空蒸馏法：分离富集金属（分离富集金属（Zn,Cd,Se,Hg,Na）中痕量杂）中痕量杂质质（不易挥发）（不易挥发）用发射光谱法等测定用发射光谱法等测定u光波导材料中，痕量光波导材料中，痕量Cu,Cr,Co,Fe,Mn,Ni 和和V等杂质元素的分离等杂质元素的分离青岛农业大学青岛农业

22、大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷37光波导材料基体挥发条件光波导材料基体挥发条件材料材料气气/液液流速流速L/hrL/hr温度温度 C C加热速率加热速率 C/minC/min持续时间持续时间minminLiLi2 2COCO3 3ArAr15159009006 6180180NaNa2 2COCO3 3ArAr15159509506060120120H H3 3BOBO3 3Ar/HAr/H2 2O O-1301302 2150150SiOSiO2 2HFHF-1401403 3150150PbOPbOArAr101095095060603030青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院

23、化学与药学院 侯婷侯婷38化学光谱法测定高纯砷中的痕量杂质化学光谱法测定高纯砷中的痕量杂质u方案方案1：溴化分离：溴化分离称取称取1-2g金属砷金属砷 置于小石英皿中置于小石英皿中 加加1mLHBr 置于溴化挥发装置置于溴化挥发装置 通入溴蒸气通入溴蒸气（120-140 C）砷以砷以AsBr3形式挥发除净形式挥发除净u方案方案2：氯化分离：氯化分离 称取称取1-2g金属砷金属砷 置于小石英皿中置于小石英皿中 放入放入氯化挥发器氯化挥发器中中 升温至升温至110 C 引入引入HCl气体气体 砷以砷以AsCl3形式挥发除去（形式挥发除去（120-130 C）青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化

24、学与药学院 侯婷侯婷39有机基体的灰化有机基体的灰化u灰化有机物料，除去有干扰的有机基体灰化有机物料，除去有干扰的有机基体u灰化方法：灰化方法：干法灰化：在空气或氧气中燃烧干法灰化：在空气或氧气中燃烧湿法消化：在溶液或悬浮液中氧化或消解湿法消化：在溶液或悬浮液中氧化或消解u灰化产物：灰化产物：碳碳 CO2(或或CO)氢氢 H2O有机氮有机氮 游离氮游离氮产物都是气体产物都是气体 灰化是以灰化是以挥发作用挥发作用为基础为基础青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷40干法灰化干法灰化u置于适当容器（如坩埚）中，直接加热（火焰、置于适当容器（如坩埚）中，直接加热（火焰、马弗炉等

25、）马弗炉等）u微波消解罐、反应釜：消化食物样品微波消解罐、反应釜：消化食物样品青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷41湿法消化湿法消化u氧化剂：氧化剂：单一酸：单一酸：HNO3,H2SO4,HClO4混合酸：硝酸混合酸：硝酸-硫酸，硝酸硫酸，硝酸-高氯酸，硝酸高氯酸，硝酸 硫酸硫酸-高氯酸高氯酸u缓和消化方法：缓和消化方法：破坏溶液中有机物质，并引起连锁的氧化反应破坏溶液中有机物质，并引起连锁的氧化反应可用于肉、骨骼、血液、植物、牛奶、糖、纤维、可用于肉、骨骼、血液、植物、牛奶、糖、纤维、羊毛、尿等有机物羊毛、尿等有机物H2O2Fe(III)催化剂催化剂HO基（具有高氧

26、化势）基（具有高氧化势）青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷42青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷42下节课内容溶剂萃取溶剂萃取 青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷43蒸馏分离金属中的氮蒸馏分离金属中的氮u氮主要存在形式：氮化物（有色金属、稀有金氮主要存在形式：氮化物（有色金属、稀有金属、合金中）属、合金中）一般用蒸馏法分离一般用蒸馏法分离方法方法1：硼酸吸收游离氨，生成硼酸吸收游离氨，生成硼酸铵硼酸铵 用标准酸溶液滴定用标准酸溶液滴定 计算含氮量计算含氮量方法方法2 2：稀硫酸吸收稀硫酸吸收 奈斯勒试剂奈斯勒试剂显色

27、显色 比色测定比色测定Back 青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷44金属锆中微量氮的蒸馏分离与测定金属锆中微量氮的蒸馏分离与测定0.1g样品样品铂皿铂皿10mL H2SO4滴加滴加HF砂浴加热砂浴加热分解分解冷却冷却10mL 硼酸溶液硼酸溶液200g/LNaOH溶液溶液蒸馏分离蒸馏分离蒸馏瓶蒸馏瓶接收器接收器容量瓶容量瓶奈斯勒试剂奈斯勒试剂比色测定比色测定Back 青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷45氢化物发生法分离砷、铋、锗、铅、锑、硒、锡、碲氢化物发生法分离砷、铋、锗、铅、锑、硒、锡、碲u与氢生成共价的氢化物（常温具有挥发性）与氢生成

28、共价的氢化物（常温具有挥发性）u生成氢化物后，可与生成氢化物后，可与AAS或或ICP-AES联用联用u应用领域：应用领域：冶金流程分析、岩矿样品测试、生物医学样品分冶金流程分析、岩矿样品测试、生物医学样品分析等析等（初生态氢）（初生态氢）Back 青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷46奈斯勒试剂（奈斯勒试剂（Nesslers Reagent）u定性检出铵离子和氨，作用时析出黄色或红棕定性检出铵离子和氨，作用时析出黄色或红棕色沉淀色沉淀 u配制方法：配制方法：35g KI+1.3g HgCl2溶于溶于70mL水中，加水中，加30mL KOH溶液溶液 u检验方法：检验方法：在试液中加入少量在试液中加入少量KOH 煮沸煮沸 将沾有奈斯勒试将沾有奈斯勒试剂的滤纸放在试管口检测逸出气体中是否有氨气剂的滤纸放在试管口检测逸出气体中是否有氨气 Back 青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷47真空（减压）蒸馏分离镉（真空（减压）蒸馏分离镉（Cd）Back 青岛农业大学青岛农业大学 化学与药学院化学与药学院 侯婷侯婷48氯化挥发装置氯化挥发装置Back