第11章分析化学中常用的分离和富集方法课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《第11章分析化学中常用的分离和富集方法课件.ppt》由用户(晟晟文业)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 11 分析化学 常用 分离 富集 方法 课件
- 资源描述:
-
1、第第11章章分析化学中常用的分离富集方法分析化学中常用的分离富集方法11.1 概述概述11.2 气态分离法气态分离法11.3 沉淀与过滤分离沉淀与过滤分离11.4 萃取分离法萃取分离法11.5 离子交换分离法离子交换分离法11.6 色谱分离色谱分离11.7 电分离法电分离法11.8 气浮分离法气浮分离法11.9 膜分离膜分离1/3/2023111.1 概述概述分离与富集分离与富集 (1)基体组成非常复杂,并且干扰组分量相对比较大的条件下分离(2)试样中待测组分的含量较低,而现有测定方法的灵敏度又不够高富集或分离富集 分离富集的目的(对象)分离富集的目的(对象)对分离富集的要求对分离富集的要求(
2、1)分离富集的越接近100%分离效果越好 待测组分的损失越小干扰组分分离完全(2)实验方法应简便、快速。1/3/20232回收率:回收率:n实验方法:实验方法:加标法测量加标法测量 分离后待测组分的质量分离后待测组分的质量n回收率回收率=100%原有试样中待测组分的量原有试样中待测组分的量n要求:待测组分含量不同对回收率的要求也不相同要求:待测组分含量不同对回收率的要求也不相同质质量量 分分 数数大大于于1001一一1低低于于001回回收收 率率9999990一一951/3/2023311.2 气态分离法气态分离法1 挥发与升华挥发与升华 挥发:固体或液体全部或部分转化为气体的过程挥发:固体或
3、液体全部或部分转化为气体的过程 升华升华:固体物质不经过液态就变成气态的过程固体物质不经过液态就变成气态的过程1/3/202342 蒸馏蒸馏 a 常压蒸馏常压蒸馏 b 水蒸气蒸馏水蒸气蒸馏如果一溶液的组成在它的沸点分解,必须减压蒸馏或水蒸汽蒸馏,如果一溶液的组成在它的沸点分解,必须减压蒸馏或水蒸汽蒸馏,水蒸气蒸馏的那些化合物须不与水混溶水蒸气蒸馏的那些化合物须不与水混溶c 减压和真空蒸馏减压和真空蒸馏 在大气压以下的蒸馏称为减压和真空蒸馏在大气压以下的蒸馏称为减压和真空蒸馏1/3/20235例如无水乙醇的制备,水和乙醇形成共沸物例如无水乙醇的制备,水和乙醇形成共沸物(95乙醇乙醇),b.p.=
4、78.15加入苯形成另一共沸物加入苯形成另一共沸物(苯苯74,乙醇,乙醇18.5,水水7.5%)b.p.=65在在65蒸馏蒸馏,除去水除去水,在在68苯和乙醇形成共沸物苯和乙醇形成共沸物(苯苯67.6,乙醇乙醇32.4)在在68蒸馏直到温度升高,在蒸馏直到温度升高,在78.5能获得纯乙醇。能获得纯乙醇。d 共沸蒸馏共沸蒸馏e 萃取蒸馏萃取蒸馏(extractive distillation)例由氢化苯例由氢化苯(80.1)生成环己烷生成环己烷(80.8)时时,一般的蒸馏不能分离,加入一般的蒸馏不能分离,加入苯胺苯胺(184)与苯形成络合物,在比苯高的温度沸腾,从而分离环己烷与苯形成络合物,在比
5、苯高的温度沸腾,从而分离环己烷 1/3/2023611.3 沉淀分离沉淀分离1 常量组分的沉淀分离常量组分的沉淀分离氢氧化物沉淀氢氧化物沉淀 NaOH法法 可使两性氢氧化物可使两性氢氧化物(Al,Ga,Zn,Be,CrO2,Mo,W,GeO32-,V,Nb,Ta,Sn,Pb等等)溶解而与其它氢氧化物溶解而与其它氢氧化物(Cu,Hg,Fe,Co,Ni,Ti.Zr,Hf,Th,RE等等)沉淀分离沉淀分离 氨水氨水-铵盐缓冲法铵盐缓冲法 控制控制pH值值810,使高价离子沉淀,使高价离子沉淀(Al,Sn等等),与一、二价与一、二价离子离子(碱土金属,一、二副族碱土金属,一、二副族)分离分离ZnO悬浊
6、液法悬浊液法 控制控制pH6,定量沉淀定量沉淀pH6以下能沉淀完全的金属离子以下能沉淀完全的金属离子有机碱法有机碱法 六次甲基四胺,吡啶,苯胺等有机碱与其共轭酸组成溶液六次甲基四胺,吡啶,苯胺等有机碱与其共轭酸组成溶液控制溶液的控制溶液的pH值值1/3/20237硫酸盐沉淀硫酸盐沉淀硫酸作沉淀剂,浓度不能太高,因易形成硫酸作沉淀剂,浓度不能太高,因易形成MHSO4盐盐 加大溶解度加大溶解度,沉淀碱土金属和沉淀碱土金属和Pb2+,CaSO4溶解度大,加溶解度大,加入乙醇降低溶解度。入乙醇降低溶解度。卤化物沉淀卤化物沉淀 氟化稀土和与氟化稀土和与Mg(II),Ca(II),Sr(II),Th(IV
7、)氟化物沉淀,氟化物沉淀,冰晶石法沉淀铝冰晶石法沉淀铝 在在pH4.5 Al(III)与与NaF生成(生成(NaAlF6)法沉淀法沉淀分离分离Al(III),与与Fe(III),Cr(III),Ni(II),V(V)Mo(VI)等分离等分离 1/3/20238硫化物沉淀硫化物沉淀 控制酸度,溶液中控制酸度,溶液中S2-不同,根据溶度积,在不同酸不同,根据溶度积,在不同酸度析出硫化物沉淀度析出硫化物沉淀,As2S3,12M HCl;HgS,7.5M HCl;CuS,7.0M HCl;CdS,0.7M HCl;PbS,0.35M HCl;ZnS,0.02M HCl;FeS,0.0001M HCl;
8、MnS,0.00008 M HCl 磷酸盐沉淀磷酸盐沉淀 稀酸中,锆、铪、钍、铋;弱酸中稀酸中,锆、铪、钍、铋;弱酸中,铁、铝、铀铁、铝、铀(IV)、铬铬(III)等等 1/3/20239 有机沉淀剂有机沉淀剂 草酸草酸:沉淀沉淀Ca,Sr,Ba,RE,Th 铜铁试剂铜铁试剂(N-亚硝基苯基羟铵亚硝基苯基羟铵):强酸中沉淀强酸中沉淀Cu,Fe,Zr,Ti,Ce.Th,V,Nb,Ta等,微酸中沉等,微酸中沉淀淀Al,Zn,Co,Mn,Be,Th,Ga,In,Tl等。主要用于等。主要用于1:9的硫的硫酸介质中沉淀酸介质中沉淀Fe(III),Ti(IV),V(V)等与等与Al,Cr,Co,Ni分离分
9、离 铜试剂铜试剂(二乙胺基二硫代甲酸钠,二乙胺基二硫代甲酸钠,DDTC)沉淀沉淀Cu,Cd,Ag,Co,Ni,Hg.Pb.Bi,Zn等重金属离子,与等重金属离子,与稀土、碱土金属离子及铝等分开稀土、碱土金属离子及铝等分开1/3/2023102 2 痕量组分的富集和共沉淀分离痕量组分的富集和共沉淀分离 无机共沉淀剂进行共沉淀无机共沉淀剂进行共沉淀 有机共沉淀剂进行共沉淀有机共沉淀剂进行共沉淀 l 利用表面吸附进行痕量组分的共沉淀富集利用表面吸附进行痕量组分的共沉淀富集,选择性选择性不高。共沉淀剂为不高。共沉淀剂为Fe(OH)3,Al(OH)3等胶状沉淀等胶状沉淀,微微溶性的硫化物,如溶性的硫化物
10、,如Al(OH)3作载体共沉淀作载体共沉淀Fe3+,TiO2+;HgS共沉淀共沉淀Pb2+l 利用生成混晶进行共沉淀,选择性较好,如硫酸铅利用生成混晶进行共沉淀,选择性较好,如硫酸铅-硫酸鋇,磷酸铵镁硫酸鋇,磷酸铵镁-砷酸铵镁等砷酸铵镁等l 利用胶体的凝聚作用进行共沉淀利用胶体的凝聚作用进行共沉淀,如动物胶、丹宁如动物胶、丹宁l 离子缔合共沉淀,如甲基紫与离子缔合共沉淀,如甲基紫与InI4-。l 利用利用“固体萃取剂固体萃取剂”进行共沉淀,例进行共沉淀,例 1-萘酚的乙醇溶萘酚的乙醇溶液中,液中,1-萘酚沉淀,并将萘酚沉淀,并将U(VI)与与1-亚硝基亚硝基-2-萘酚的螯萘酚的螯合物共沉淀下来
11、。合物共沉淀下来。1/3/2023111.萃取分离机理萃取分离机理11.4萃取分离法萃取分离法相似相溶相似相溶带电荷的物质亲水,不易被有机溶剂萃取带电荷的物质亲水,不易被有机溶剂萃取可溶的呈电中性的物质疏水易为有机溶剂萃取可溶的呈电中性的物质疏水易为有机溶剂萃取萃取剂萃取剂镍镍(II)丁二酮肟丁二酮肟 丁二酮肟丁二酮肟-镍镍(II)CHCl3带电荷带电荷,亲水亲水电中性电中性,疏水疏水萃取溶剂萃取溶剂1/3/202312萃取过程萃取过程的本质的本质 根据物质对根据物质对水的亲疏性水的亲疏性不同,通过适当的处理将物质从水不同,通过适当的处理将物质从水相中萃取到有机相,最终达到分离相中萃取到有机相
12、,最终达到分离n亲水性物质:易溶于水而难溶于有机溶剂的物质。亲水性物质:易溶于水而难溶于有机溶剂的物质。如:无如:无机盐类,含有一些机盐类,含有一些亲水基团的有机化合物亲水基团的有机化合物 常见的亲水基团有一常见的亲水基团有一OH,一,一SO3H,一,一NH2,=NH 等等n疏水疏水性或亲油性性或亲油性物质物质:具有难溶于水而易溶于有机溶剂的具有难溶于水而易溶于有机溶剂的物质。如:有机化合物物质。如:有机化合物 常见的疏水基团有烷基如一常见的疏水基团有烷基如一CH3,一,一C2H3,卤代烷基,苯基、卤代烷基,苯基、萘基等萘基等 物质含疏水基团越多,相对分子质量越大,其疏水性越强。物质含疏水基团
13、越多,相对分子质量越大,其疏水性越强。1/3/202313分配系数分配系数:有机溶剂从水相中萃取溶质有机溶剂从水相中萃取溶质A,若,若A在在两相中的存在形态相同,平衡时,在两相中的存在形态相同,平衡时,在有机相的浓度为有机相的浓度为Ao,水相的浓度为水相的浓度为Aw 之比,用之比,用KD表示。表示。分配定律分配定律 分配比分配比:物质物质A在两相中可能存在多种形态,在两相在两相中可能存在多种形态,在两相中的各形态浓度总和中的各形态浓度总和(c)之比,用之比,用D表示。表示。2 分配定律、分配系数和分配比分配定律、分配系数和分配比KD=AoAwD=cAocAwA1o+A2o+AnoA1w+A2w
14、+Anw1/3/2023143 萃取率萃取率式中,式中,Vw/Vo称相比称相比当当Vw/Vo1时时,E=D/(D+1)100在在D10时,时,E90%,D100,E99%萃取率用于衡量萃取的总效果,用萃取率用于衡量萃取的总效果,用E表示表示 E 100溶质溶质A A在有机相中的总量在有机相中的总量溶质溶质A A的总量的总量 100coVocoVo+cwVwE 100DD+(Vw/Vo)1/3/202315如果用如果用Vo(mL)溶剂萃取含有溶剂萃取含有mo(g)溶质溶质A的的Vw(mL)试液,试液,一次萃取后,水相中剩余一次萃取后,水相中剩余m1(g)的溶质的溶质A,进入有机相的溶质进入有机相
15、的溶质A为为(mo-m1)(g),此时分配比为:此时分配比为:m1=moVw/(DVo+Vw)萃取两次后,水相中剩余物质萃取两次后,水相中剩余物质A为为m2(g)m2=moVw/(DVo+Vw)2 萃取萃取n次后,水相中剩余物质次后,水相中剩余物质A为为mn(g)mn=moVw/(DVo+Vw)nD=cAocAw (mo-m1)/Vo m1/Vw1/3/202316例例,用乙醚萃取从一肉样品中除去脂,脂的用乙醚萃取从一肉样品中除去脂,脂的D=2,现有乙醚现有乙醚90ml,有人介绍分三次每次有人介绍分三次每次30ml对分散在对分散在30ml水中的含有水中的含有0.1g脂的脂的1.0g肉制品进行萃
16、取,那么一次肉制品进行萃取,那么一次90ml和三次和三次30ml分分别萃取,哪一个好?别萃取,哪一个好?计算:计算:一次一次90ml,x=0.1(30/(290)+301=0.014g三次三次30ml,x=0.1(30/(230)+303=0.0037g 1/3/2023174 萃取平衡和萃取体系萃取平衡和萃取体系萃取平衡萃取平衡 萃取剂多为有机弱酸碱萃取剂多为有机弱酸碱,中性形式易疏水而溶于中性形式易疏水而溶于有机溶剂,一元弱酸(有机溶剂,一元弱酸(HL)在两相中平衡有:在两相中平衡有:HL(o)HL(w)D=HLo HLw+Lw HLo HLw(1+Ka/H+)KD 1+Ka/H+=KD(
17、HL)pHpKa时,时,D=1/2KD;pH pKa-1时,水相中萃取剂几乎全时,水相中萃取剂几乎全部以部以HL形式存在,形式存在,DKD;在在pHpKa时,时,D变得很小。变得很小。1/3/202318萃取体系萃取体系 螯合物萃取体系螯合物萃取体系 离子缔合物萃取体系离子缔合物萃取体系 溶剂化合物萃取体系溶剂化合物萃取体系 共价化合物共价化合物(简单分子简单分子)萃取体系萃取体系1/3/202319a 萃取剂的选择萃取剂的选择 螯合物稳定,疏水性强,萃取率高螯合物稳定,疏水性强,萃取率高 b 溶液的酸度溶液的酸度 酸度影响萃取剂的离解,络合物的稳定性,金属酸度影响萃取剂的离解,络合物的稳定性
18、,金属离子的水解离子的水解5 萃取条件的选择萃取条件的选择c 萃取溶剂的选择萃取溶剂的选择l 金属络合物在溶剂中有较大的溶解度,尽金属络合物在溶剂中有较大的溶解度,尽量采用结构与络合物结构相似的溶剂,量采用结构与络合物结构相似的溶剂,l 萃取溶剂的密度与水溶液的密度差别要大萃取溶剂的密度与水溶液的密度差别要大,粘度要小,易分层。粘度要小,易分层。l 毒性小,最好无毒,并且挥发性小。毒性小,最好无毒,并且挥发性小。1/3/2023206 萃取方法及分析化学中的应用萃取方法及分析化学中的应用萃取方法萃取方法 单级萃取单级萃取 连续萃取连续萃取 多级萃取多级萃取萃取剂比水重萃取剂比水重 萃取剂比水轻
19、萃取剂比水轻 索氏萃取器索氏萃取器1/3/2023217 固相萃取和固相微萃取固相萃取和固相微萃取固相萃取:液固相萃取:液-固分离固分离分离载体一般为硅氧基甲烷,颗粒直径分离载体一般为硅氧基甲烷,颗粒直径40-80 m mm选适宜选适宜SPE管管加入样品溶液到载体加入样品溶液到载体洗涤除去共存物洗涤除去共存物洗脱待分离物质洗脱待分离物质润湿载体润湿载体一般程序为:一般程序为:1/3/202322固相微萃取技术固相微萃取技术 始于始于1992年,年,(加拿大的加拿大的Janusz Pawliszyn)1/3/202323原理:原理:超临界流体萃取超临界流体萃取:气气-固萃取固萃取 萃取剂萃取剂:
20、超临界条件下的气体超临界条件下的气体 粘度低,接近零的表面张力,比很多液体容易渗透粘度低,接近零的表面张力,比很多液体容易渗透固体颗粒,易于除去。固体颗粒,易于除去。8 超临界流体萃取超临界流体萃取超临界萃取分离设备组成及流程:超临界萃取分离设备组成及流程:1/3/202324超临界流体超临界流体:1822年年,Baron C.Cagnaird 发现,如果加热某气体在一发现,如果加热某气体在一定的温度以上时,无论施加多大的压力都不能迫使该气定的温度以上时,无论施加多大的压力都不能迫使该气体成为液体,那个温度叫体成为液体,那个温度叫临界温度临界温度。在这个温度使气体。在这个温度使气体变为液体的最
21、低压力,叫变为液体的最低压力,叫临界压力临界压力。在这个条件以上的。在这个条件以上的任意气体处于超临界。任意气体处于超临界。1/3/202325一些气体的临界温度和压力一些气体的临界温度和压力1/3/202326离子交换分离法:利用离子交换剂与溶液离子交换分离法:利用离子交换剂与溶液中的离子之间发生的交换反应进行分离的中的离子之间发生的交换反应进行分离的方法。方法。11.5 离子交换分离法离子交换分离法1/3/202327无机离子交换剂无机离子交换剂有机离子交换剂有机离子交换剂(离子交换树脂离子交换树脂)1.离子交换剂的种类离子交换剂的种类特种树脂特种树脂螯合树脂螯合树脂大孔树脂大孔树脂萃淋树
22、脂萃淋树脂纤维素交换剂纤维素交换剂负载螯合剂树脂负载螯合剂树脂阳离子交换树脂阳离子交换树脂阴离子交换树脂阴离子交换树脂强酸性阳离子交换树脂强酸性阳离子交换树脂弱酸性阳离子交换树脂弱酸性阳离子交换树脂强碱性阴离子交换树脂强碱性阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂R-SO3H树脂树脂,如国产如国产732R-COOH,R-OH 树脂树脂R4 N+Cl-树脂树脂-NH2,-NHR,-NR2 树脂树脂1/3/2023282 离子交换树脂的结构与性质离子交换树脂的结构与性质 CHCH2CH2CHCH2CHCH2CHCH2CHSO3HCHCH2CH2CH2CH2CHCH2CHSO3HCHC
23、H2SO3HnnCH CH2CHCH2CHCH2+高分子聚合物,具有网状结构,稳定性好。在网状结构高分子聚合物,具有网状结构,稳定性好。在网状结构的骨架上连接有活性基团,如的骨架上连接有活性基团,如-SO3H,-COOH,-N(CH3)3Cl等,它们可以与溶液中的离子进行交换。等,它们可以与溶液中的离子进行交换。离子交换的过程:离子交换的过程:R-SO3H+Na+R-SO3Na+H+R-N(CH3)3Cl+OH-R-N(CH3)3OH+Cl-1/3/202329交联度交联度:树脂合成中,二乙烯苯为交联剂,树脂中含树脂合成中,二乙烯苯为交联剂,树脂中含有二乙烯苯的百分率就是该树脂的交联度。有二乙
24、烯苯的百分率就是该树脂的交联度。交联度小,溶涨性能好,交换速度快,选交联度小,溶涨性能好,交换速度快,选择性差,机械强度也差;择性差,机械强度也差;交联度大的树脂优缺点正相反。交联度大的树脂优缺点正相反。一般一般414适宜。适宜。交换容量交换容量:每克干树脂所能交换的物质的量每克干树脂所能交换的物质的量(mmol)。一般树脂的交换容量一般树脂的交换容量36mmol/g。1/3/202330离子在离子交换树脂上的交换能力,与离子的水离子在离子交换树脂上的交换能力,与离子的水合离子半径、电荷与离子的极化程度有关。合离子半径、电荷与离子的极化程度有关。3 离子交换树脂的亲合力离子交换树脂的亲合力 强
展开阅读全文