《分离科学与技术》PPT课件
合集下载
第1讲-分离技术(绪论)幻灯片
分离的两种形式—组分离与单一分离 组（族）分离—将性质相近的一类组分一起分离。
1. 石油炼制中的轻重油分离; 2. 中药有效部位的分离. 单一分离—将某一组分以纯物质形式分离出来。 1. 工业上纯物质的制备； 2. 化学标准品的制备； 3. 药物对映异构体的分离。
1.1 分离科学及其研究内容
单一分离结果的主要形式 相互完全分离
1％以上的组分：99％ 痕量组分：95％或90％ 根据分离目的或经济价值：灵活确定回收率指标
3. 回收率的测定方法
利用标准参考物质（标准样品）、合成样品、分析过的样品、标 准加入法
1.5 分离方法的评价
富集倍数 富集倍数＝待分离组分的回收率/基体回收率 对富集倍数的要求—视样品中组分的最初含量
如：沉淀分离、溶剂萃取、色谱分离、选择性溶解。
3. 物理化学分离法－按被分离组分在物理化学性质上的 差异进行分离。
如：蒸馏、挥发、电泳、区带熔融、膜分离。
1.4 分离方法的类型
分类二：按分离过程的实质
1. 平衡分离过程－使原混合物系形成新的相界面。利用 互不相溶的两相界面上的平衡关系使均相混合物得 以分离。
体系中除浓度差（熵效应）外，还有： 水分子间的亲水相互作用势能对抗混合 水分子和己烷分子间的疏水相互作用势能对抗混合 水和己烷的密度差（重力势能）对抗混合
1.3 分离过程的本质
实例：Fe3+和Ti4+的混合实验（一）
混合均匀
Fe3+ 6mol/L HCl
Ti4+ 6mol/L HCl
抽掉隔板
1.3 分离过程的本质
Ti4+留在水相
Ti4+的亲水作用势能驱使Ti4+留在水相； Ti4+的浓度差产生的化学势驱使Ti4+均匀分布在整个空间； Ti4+的亲水作用势能远大于浓度差化学势，所以，Ti4+留在水相
1. 石油炼制中的轻重油分离; 2. 中药有效部位的分离. 单一分离—将某一组分以纯物质形式分离出来。 1. 工业上纯物质的制备； 2. 化学标准品的制备； 3. 药物对映异构体的分离。
1.1 分离科学及其研究内容
单一分离结果的主要形式 相互完全分离
1％以上的组分：99％ 痕量组分：95％或90％ 根据分离目的或经济价值：灵活确定回收率指标
3. 回收率的测定方法
利用标准参考物质（标准样品）、合成样品、分析过的样品、标 准加入法
1.5 分离方法的评价
富集倍数 富集倍数＝待分离组分的回收率/基体回收率 对富集倍数的要求—视样品中组分的最初含量
如：沉淀分离、溶剂萃取、色谱分离、选择性溶解。
3. 物理化学分离法－按被分离组分在物理化学性质上的 差异进行分离。
如：蒸馏、挥发、电泳、区带熔融、膜分离。
1.4 分离方法的类型
分类二：按分离过程的实质
1. 平衡分离过程－使原混合物系形成新的相界面。利用 互不相溶的两相界面上的平衡关系使均相混合物得 以分离。
体系中除浓度差（熵效应）外，还有： 水分子间的亲水相互作用势能对抗混合 水分子和己烷分子间的疏水相互作用势能对抗混合 水和己烷的密度差（重力势能）对抗混合
1.3 分离过程的本质
实例：Fe3+和Ti4+的混合实验（一）
混合均匀
Fe3+ 6mol/L HCl
Ti4+ 6mol/L HCl
抽掉隔板
1.3 分离过程的本质
Ti4+留在水相
Ti4+的亲水作用势能驱使Ti4+留在水相； Ti4+的浓度差产生的化学势驱使Ti4+均匀分布在整个空间； Ti4+的亲水作用势能远大于浓度差化学势，所以，Ti4+留在水相
分离科学与技术第1章 绪论
第一章 绪论
1.2 分离和富集
1.2.1 分离和富集的定义
1.2.2 常见的分离和富集
1.2.3 分离和富集中应注意的问题
第一章 绪论
1.2 分离和富集
1.2.1 分离和富集的定义
分析流程：
样品制备 分解 分离富集 测定 数据处理
第一章 绪论
1.2 分离和富集
1.2.1 分离和富集的定义
QA RA 0 QA
QA0 和 QA 分别表示分离前后欲测物质 A 的含量。
第一章 绪论
1.3 分离方法的评价 1.3.1 分离方法的评价指标 1) 回收率
QA RA 0 QA
RA 通常小于 l00%。原因：挥发、分解或分离不完全， 器皿和有关设备的吸附作用以及其它人为的因素会引起欲 分离组分的损失。 对常量分析（含量 >1% 组分），要求 RA > 99.9%； 对痕量组分，要求 RA > 95％，或至少不低于 90%。
1.1.1 分离过程
1.1.2 分离方法的分类
1.1.3 分离方法的发展
1.1.4 化学分离法发展趋势
第一章 绪论
1.1 概述
1.1.1 分离过程 混合是一个自发过程。
分离是一个需要消耗能量的过程 熵减小（外界对体系 做功）。 分离过程涉及：添加物料、引进能量。
第一章 绪论
1.1 概述
1.1.1 分离过程 添加物料：吸收剂、溶剂、表面活性剂、试剂、吸收物质、
沉淀、共沉淀、选择溶解、汞齐作用、火试 金等
溶剂萃取、固液萃取、分配色谱、纸色谱、 薄层色谱等 无机和有机离子交换剂、液态离子交换剂 汞阴极电解、电沉积、掩蔽和解蔽
第一章 绪论
1.1 概述
分离科学与技术
分离两性金属离子
19
20
2. 沉淀为硫化物 溶液中H2S，约有数十种金属离子形成难 溶硫化物。
3. 沉淀为硫酸盐 Ca，Sr, Ba，Pb的硫酸盐难溶
例：Ba2+、Pb2+的分离 PbSO4溶于NH4Ac溶液
21
பைடு நூலகம்
4. 沉淀为磷酸盐 Zr(Ⅳ)、Hf (Ⅳ)、 Ti (Ⅳ)、 Nb (Ⅴ)、 Ta (Ⅴ) 、Th4+、Sn4+、Bi3+等在强酸性溶液 [H2SO4(1+9)]中能生成磷酸盐沉淀。
(2) 酯类及含硫化合物水解生成沉淀剂
硫酸二甲酯水解： 用于Ba2+、Ca2+、Pb2+硫酸盐均相沉淀 硫脲、硫代乙酰胺水解：均相生成硫化物沉淀
18
五、 常量组分的沉淀分离
(一)无机沉淀剂沉淀法 主要形式有沉淀为氢氧化物、硫化物、硫酸
盐、磷酸盐、氟化物、单质等。
1. 沉淀为氢氧化物 (1)用氨水作沉淀剂 (2)用NaOH作沉淀剂
分离科学与技术
Separation Science and Technique
1
主要内容：
沉淀 蒸馏与挥发 溶剂萃取 离子交换与吸附 离子色谱 气相色谱 液相色谱 萃取色谱 超临界流体萃取 电化学分离 浮选分离 选择性溶解 膜分离 分离方法的选择
2
目的要求：
了解各种化学分离富集方法的基本原理、及 实际应用。
(2) J.明切斯基著，陈永兆等译，无机痕量分析的分 离和预富集方法，地质出版社，1986
(3)王应玮，梁树权编著，分析化学中的分离方法， 科学出版社，1991
4
绪论
一、 分离富集在分析化学中的作用
(1)样品中存在干扰物质； (2)待测组分在样品中分布不均匀； (3)待测痕量组分的含量低于测定方法的检测限； (4)没有合适的标准参考物质； (5)样品的物理、化学状态不适于直接进行测定； (6)样品本身剧毒或具有强放射性等等。
19
20
2. 沉淀为硫化物 溶液中H2S，约有数十种金属离子形成难 溶硫化物。
3. 沉淀为硫酸盐 Ca，Sr, Ba，Pb的硫酸盐难溶
例：Ba2+、Pb2+的分离 PbSO4溶于NH4Ac溶液
21
பைடு நூலகம்
4. 沉淀为磷酸盐 Zr(Ⅳ)、Hf (Ⅳ)、 Ti (Ⅳ)、 Nb (Ⅴ)、 Ta (Ⅴ) 、Th4+、Sn4+、Bi3+等在强酸性溶液 [H2SO4(1+9)]中能生成磷酸盐沉淀。
(2) 酯类及含硫化合物水解生成沉淀剂
硫酸二甲酯水解： 用于Ba2+、Ca2+、Pb2+硫酸盐均相沉淀 硫脲、硫代乙酰胺水解：均相生成硫化物沉淀
18
五、 常量组分的沉淀分离
(一)无机沉淀剂沉淀法 主要形式有沉淀为氢氧化物、硫化物、硫酸
盐、磷酸盐、氟化物、单质等。
1. 沉淀为氢氧化物 (1)用氨水作沉淀剂 (2)用NaOH作沉淀剂
分离科学与技术
Separation Science and Technique
1
主要内容：
沉淀 蒸馏与挥发 溶剂萃取 离子交换与吸附 离子色谱 气相色谱 液相色谱 萃取色谱 超临界流体萃取 电化学分离 浮选分离 选择性溶解 膜分离 分离方法的选择
2
目的要求：
了解各种化学分离富集方法的基本原理、及 实际应用。
(2) J.明切斯基著，陈永兆等译，无机痕量分析的分 离和预富集方法，地质出版社，1986
(3)王应玮，梁树权编著，分析化学中的分离方法， 科学出版社，1991
4
绪论
一、 分离富集在分析化学中的作用
(1)样品中存在干扰物质； (2)待测组分在样品中分布不均匀； (3)待测痕量组分的含量低于测定方法的检测限； (4)没有合适的标准参考物质； (5)样品的物理、化学状态不适于直接进行测定； (6)样品本身剧毒或具有强放射性等等。
华南师范大学现代分离科学与技术课件
2.1 化学试剂的纯度对实验结果的影响
使用不同纯度试剂测得的Cu2+,Pb2+,Cd2+和Zn2+含量
试样+分析纯缓冲液 高纯水+分析纯缓冲液 试样+高纯缓冲液
测定值（ppb, ug/L） Cu2+ Pb2+ Cd2+ Zn2+ 20 16 1.3 68 18 17 1.4 66 1.6 0.4 0.03 2.0
为什么要提纯？
购买不到所需高纯试剂或价格太贵 高纯试剂在使用和保存期间纯度降低 市场上没有所需纯度的该试剂 购买该试剂所需时间太长
2.3 化学试剂的简易提纯方法
2.3.1 等温扩散法 2.3.2 蒸馏法 2.3.3 共沉淀法 2.3.4 重结晶法 2.3.5 溶剂萃取法 2.3.6 吸附分离法
2.3.1 等温扩散法
2.3.2 蒸馏法
1. 普通蒸馏法
应注意如下问题： 蒸馏纯化时，应测定气-液平衡点的温度，严格收集一 定温度下的馏分。 收集馏分时，应弃去前20%的馏分，蒸馏至原料还剩 约1/3时停止收集馏分。 在蒸馏设备上装一个分馏柱，液体可在柱上多次达到 挥发与冷凝平衡，分离效果会更好。 沸点相差较小或易形成恒沸物的体系，不能采用蒸馏 分离法。
高纯水
瓷托盘
等温扩散实验用干燥器: 12 M 盐酸
2.3.1 等温扩散法
提纯的盐酸浓度与放置时间的关系:
温度越高，达到平衡的时间越短 所得高纯酸的纯度取决于所用吸收水纯度和容器洁 净度。
2.3.2 蒸馏法
定义：蒸馏法是利用物质挥发性或沸点的差异进行试 剂分离与提纯的方法。 原理：根据相平衡原理，当试剂和杂质的饱和蒸汽压 或沸点相差很大时，低沸点杂质先蒸馏出来而除去， 高沸点杂质则残留于母液中。 分类：普通蒸馏法、亚沸蒸馏法。
分离科学与技术-01概论
分离科学与技术柳 仁 民1 概论 分离科学: 研究从混合物中分离、纯化或富集某些组分以获得相对纯 物质的过程的规律及其应用的一门学科。
分离：物质被分开的过程 组分离：性质相似的组分一起分离 单一分离：某一组分以纯物质形式分离 分离是一种假设的状态，相对的， 99.9%, 99.99% 分析化学中的分离：以定量分析为目的，分离干扰组分， 提高方法的专一性。
富集：低浓度组分浓集的过程 分析化学中的富集：将待测组分从大量基体物质中集中到 一较小体积溶液中，提高检测灵敏度。
预浓集：测定之前进行的分离过程。
分离与浓集往往是同时实现的1 2分离与富集的关系： 富集需要借助分离的手段，在分析过程中分离与富集往往 是同时实现的。
富集与分离的目不同，富集只是分离的目的之一。
纯化：通过分离操作使某种物质的纯度提高的过程。
纯度（purity）： 主组分含量高低或所含杂质多少的一个概念； 纯是相对的，不纯是绝对的； 不同目的对纯度的要求不同； 纯度越高，成本越高。
依据欲分离组分在原始溶液中的浓度不同，Rony用三个概念 表示，以示区别： 富集： 对摩尔分数小于0.1组分的分离 浓缩： 对摩尔分数处于0.1-0.9组分的分离 纯化： 对摩尔分数大于0.9组分的分离3分离科学是随着其它学科的快速发展，逐渐发展成为一门 相对独立的学科。
与人类生活、社会发展、科学技术进步及工农业生产联系 十分密切 古代：炼铜、冶铁、酿酒、制糖 现代：有机合成、石油炼制、金属冶炼、食品、制药、生命科 学研究、环境科学等 分离科学的重要性： 分离科学是其他学科发展的基础 化学的发展离不开分离富集： 元素周期表中各个元素的发现 人工放射性元素的获得 原子核裂变现象的最终确证，各种超铀元素的制备和合成 化学合成过程的分离 新化合物的结构确定4近年来生命科学的重要成就，与分离科学有着紧密联系： 基因组学 蛋白质组学 应用科学方面的发展： 矿产资源的开发离不开各种分离技术的应用 石油工业每一重要生产环节，几乎都离不开分离科学技术 原子能的利用是在解决了作为核燃料的铀和钚的提取以及 铀同位素分离获得成功之后，才得以蓬动发展 近代材料科学的研究，诸如超纯硅、锗及化合物半导体砷 化镓、磷化镓的制备提纯；高纯稀土及其化合物的分离提取 环境科学：三废处理 目前，分离科学成为自然科学和应用科学中的一个重要分支。
分离科学与技术第2章 沉淀分离法
第二章 沉淀分离法
2.2 沉淀的生成过程 2.2.5 分级沉淀 分级沉淀：两种难溶盐（阳离子或阴离子相同），若 其溶度积相差足够大时，可通过加入沉淀剂将其先后分 别沉淀出来加以分离。 溶度积小的难溶盐先沉淀，如 AgI 较 AgCl 先沉淀。
第二章 沉淀分离法
2.2 沉淀的生成过程 2.2.5 分级沉淀
第二章 沉淀分离法
2.2 沉淀的生成过程 2.2.4 晶形沉淀与胶体 内因： 沉淀的性质
生成沉淀类型 外因
沉淀的形成条件
沉淀的后处理
沉淀类型：晶形沉淀、无定形沉淀、凝乳状沉淀
几种类型沉淀的比较 特点 直径 晶形沉淀 0.1~1 m 凝乳状沉淀 0.02~0.1 m 无定形沉淀 < 0.02 m
[I ] [Cl ] 6 6 10 , 10 [Cl ] [I ]
Ksp,AgI = [Ag+][I] = 9.31017 Ksp,AgCl = [Ag+][Cl] = 1.81010 当 [Cl]/[I] < 106 时，只有 AgI 析出； 当 [Cl]/[I] > 106 时，AgCl 才开始析出。
第二章 沉淀分离法
2.1 沉淀生成的条件 2.1.3 氢离子浓度及配位剂的影响 配位剂的影响： 难溶盐沉淀 + 配位剂 溶解度增大（或完全溶解）
第二章 沉淀分离法
2.1 沉淀生成的条件 2.1.4 有机溶剂的影响 有机溶剂的影响： 难溶盐沉淀 + 有机溶剂 溶解度减小（溶剂化作用较 小，介电常数较低）。如 PbSO4: 100 mL H2O: 4.0 mg, 100 mL 20% 乙醇: 4.0/10 mg 100 mL 乙醇: 4.0/1500 mg
第二章 沉淀分离法
分离科学ppt课件
1.2 分子印迹在膜分离中的应用
MIP良好的操作稳定性及识别性质不受酸、碱、 热、有机溶剂等各种环境因素影响的特点，基于 分子印迹技术制备的分离膜不仅具有处理量大、 易放大特点，而且对目标分子具有很高的吸附选 择性。
1.3 分子印迹在固相萃取中的应用
分子印迹用于固相萃取有其独特的优点：耐极 端环境分离过程，选择性高。缺点：存在印迹分 子的流失问题。 正是由于这些特点，因此非常适合用作固相萃 取剂来分离富集复杂样品中的痕量被分析物，达 到分离纯化的目的。 除了以上几种分离技术的应用外，MIP作为吸 附剂、离子交换树脂的研究也已经引起了关注。
2 用作传感器
MIP还可以用作传感器。
传感器（Sensor）：
能感受规定的被测量并按照一定的规律 转换成可用输出信号的器件和装置。 识 别 元 件 换 能 器
• 识别元件的特性：其具备的选择性能让传感器对 某种或某类分析物质产生选择性响应。 • 换能器的作用是把识别元件产生的物理化学或生 物的参数变化转化为可测电信号。 • 传感器按其工作原理分为物理化学和生物传感器。 生物传感器虽然具有较高的灵敏度和特异性，但 由于用作识别元件的生物活性组分极易变性失活， 制作成本高，从而限制了大规模应用。
分离科学
分子印迹技术的应用
1用于分离技术
2用作传感器 3模拟酶催化 4抗体和受体模拟物
分子印迹技术在许多领域，如色谱分离、固相萃 取、仿生传感、模拟酶催化等领域得到日益广泛的 研究和开发，有望在生物工程、临床医学、环境监 测等行业形成产业规模化的应用。 分子印迹技术(Molecular imprinting technique ,MIT )具有良好的操作稳定性和特异性 的识别性质。 MIP的印迹分子：小分子（氨基酸﹑药品 和碳氢化合物） 大分子（蛋白质）
分离科学与技术第6章 泡沫浮选分离法
因此，控制适当条件可以分离不同金属离子。
第二节 离子浮选分离法
三、在有机试剂溶液中的离子浮选 某些有机试剂，可作为配位剂与某些元素发生配位反 应，形成可溶的带有电荷或中性的配合物，加入适当表
面活性剂，可被离子浮选分离。
有机试剂：偶氮胂III、二苯卡巴肼、丁基黄原酸钾、
对氨基苯磺酸铵、邻二氮菲等。
第三节 沉淀浮选分离法
第一节 装置与操作
基本操作： 通过微孔玻璃砂芯/塑料筛板送入氮气/空气，使其产生 气泡流，含有待测组分的疏水性物质被吸附在气-液界面
上，随着气泡的上升，浮至溶液表面形成稳定的浮渣
（沉淀 + 泡沫）或泡沫层，从而分离出来。
第二节 离子浮选分离法
金属离子试液中加入配位剂，调节酸度，形成配离子，
再加入与配离子带相反电荷的表面活性剂，形成离子缔合
表面活性剂非极性部分链（烃链）长度增加，浮选率
增大。
第二节 离子浮选分离法
一、影响无机离子浮选效率的主要因素 3. 离子强度 溶液中离子强度大小对泡沫分离影响很大。 离子强度增大，对浮选分离不利。可能是待测离子和 其它离子对表面活性剂产生竞争引起。
第二节 离子浮选分离法
一、影响无机离子浮选效率的主要因素 4. 配位剂 离子浮选法选择分离金属离子时，可利用其能否与配 位剂配位及配位能力的大小来浮选分离。
荡，分层后弃去水相；加 H2SO4 洗涤有机相，分层后弃
去水相。加丙酮溶解沉淀，移入比色器测定吸光度。
第三节 沉淀浮选分离法
一、影响沉淀浮选的主要因素 1. 捕集沉淀剂 也称载体或聚集沉淀剂，需从共沉淀和浮选两个角度 进行选择。 一般选择比气泡大得多的大分子絮凝状捕集沉淀剂，
微小气泡易进入沉淀剂空隙及附着在气-液表面，从而使
分离科学与技术11
（2）流动相
• CO2是SFC最常用的一种流动相，它的优点包括临界温度较 低、纯度高、价格低廉和安全性好。
• 超临界CO2的溶剂力与异丙醇和吡啶相当，可以分析大部分 非极性和中等极性的样品。
• 分析较强极性的物质时，可以在CO2流体中加入有机改性剂， 以增大超临界CO2的溶解度。苯、乙醇、乙烷、甲苯和甲醇 是常用的改性剂。
第四章 制备色谱技术
第五节 超临界流体色谱法
一、概述 二、SFC原理和仪器 三、SFC色谱柱 四、SFC条件选择 五、SFC应用
Copyright © 2012 Dalian Polytechnic University Song Jianguo
§4.5 超临界流体色谱法（SFC）
1. 概述
超临界流体色谱是用超临界流体作为流动相的色谱法。 1962年 Klesper等人首次提出SFC的概念 1981年 Novotny和Lee首先报道了毛细管SFC，进而对SFC 的理论、技术作了系统的研究，并有了商品化SFC仪器。
转换阀切割不同组分，冷却捕集器捕集。
§4.6 制备气相色谱法（SFC）
操作条件选择及注意事项：
① N2作载气灵敏度较高，柱分离效果好； ② 气流量较佳流速：H2N2空气=11510 （此时火焰温度高，有机物离子化程度高，噪声小，基线平稳） ③ 控制温度。比柱温高50C左右，防止组分、水蒸汽在检测
• 选择性好 结构相似、极性相近的组分，能彼此分开。
如：测定邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯混合物； 测定白酒中甲醇，甲醇和乙醇可彼此分开。
§4.6 制备气相色谱法（SFC）
1. 气相色谱法的仪器
GC仪
气路系统 进样系统 分离系统 检测系统 记录及数据处理系统
载流汽色检 气量化谱测 瓶计室柱器
• CO2是SFC最常用的一种流动相，它的优点包括临界温度较 低、纯度高、价格低廉和安全性好。
• 超临界CO2的溶剂力与异丙醇和吡啶相当，可以分析大部分 非极性和中等极性的样品。
• 分析较强极性的物质时，可以在CO2流体中加入有机改性剂， 以增大超临界CO2的溶解度。苯、乙醇、乙烷、甲苯和甲醇 是常用的改性剂。
第四章 制备色谱技术
第五节 超临界流体色谱法
一、概述 二、SFC原理和仪器 三、SFC色谱柱 四、SFC条件选择 五、SFC应用
Copyright © 2012 Dalian Polytechnic University Song Jianguo
§4.5 超临界流体色谱法（SFC）
1. 概述
超临界流体色谱是用超临界流体作为流动相的色谱法。 1962年 Klesper等人首次提出SFC的概念 1981年 Novotny和Lee首先报道了毛细管SFC，进而对SFC 的理论、技术作了系统的研究，并有了商品化SFC仪器。
转换阀切割不同组分，冷却捕集器捕集。
§4.6 制备气相色谱法（SFC）
操作条件选择及注意事项：
① N2作载气灵敏度较高，柱分离效果好； ② 气流量较佳流速：H2N2空气=11510 （此时火焰温度高，有机物离子化程度高，噪声小，基线平稳） ③ 控制温度。比柱温高50C左右，防止组分、水蒸汽在检测
• 选择性好 结构相似、极性相近的组分，能彼此分开。
如：测定邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯混合物； 测定白酒中甲醇，甲醇和乙醇可彼此分开。
§4.6 制备气相色谱法（SFC）
1. 气相色谱法的仪器
GC仪
气路系统 进样系统 分离系统 检测系统 记录及数据处理系统
载流汽色检 气量化谱测 瓶计室柱器
分离科学与技术第9章 超分子分离法
五、杯芳烃及其衍生物 杯芳烃与客体分子通常形成笼状包结物。 利用母体杯芳烃还可制备大量具有独特性能的杯芳烃 衍生物，如杯芳单/双冠醚、双杯芳单/双冠醚等。 杯芳冠醚由于同时含有杯芳烃和冠醚两种主体分子的 亚单元，由于由于协同效应，其性能不同于单个杯芳烃
或冠醚，对某些客体具有更加优越的配位与识别能力。
第二节 有机超分子主体
二、苯酚和对苯二酚缔合物 苯酚分子间、对苯二酚分子间的两个羟基可相互作用 形成多分子氢键缔合物。 如对苯二酚通过分子间氢键缔合达到一定长度后发生
卷折而形成筒状缔合分子，筒状物直径 0.42~0.52 nm，
对分子大小和形状与之匹配的客体有很好的选择性。
第二节 有机超分子主体
第二节 有机超分子主体
五、杯芳烃及其衍生物 杯芳烃通常呈锥形，其底部紧密而有规律地排列着数 个亲水性的酚羟基，杯口部带有疏水亲油性的取代基团， 中间拥有一定尺寸的空腔，因此杯芳烃既可输送阳离子、
又可与有机中性分子、阴离子借氢键等非共价键形成主
客体分子。 冠醚配位阳离子，环糊精配位中性分子。
第二节 有机超分子主体
第二节 有机超分子主体
四、环糊精及其衍生物
由于孔穴不同空间位置含有给电子基团羟基或氧原子，
可提供多个作用位点，使环糊精在水中具有独特的配位 性能。 根据客体分子的大小和形状，环糊精分子在溶液中与 客体分子可以形成各种不同结构的加合物。被包含的客 体分子随环糊精的增大而增大。高能水的释放、疏水效 应、氢键作用、偶极作用等有利于包合物的稳定。
免分离时产生的共吸附现象。
在化学工业上具有广泛应用：
第三节 无机超分子主体多孔无机固体材料
分子筛在化学工业上的应用：
天然气和气体烃类的净化 利用分子筛吸附选择性除去 天然气中的酸性气体（CO2、H2S、硫化物等）
分离科学与技术 第一章 现代分离科学概论 现代分离科学与技术 教学课件
分离科学与技术的发展史与现状
经典分离方法与技术历史悠久
现代分离技术的产生及分离科学的建立 现状是空前活跃
经典分离方法与技术历史悠久
炼铜冶铁（几千年前）
酿酒制糖（明[天工开物]）
手工作坊, 单元操作两个阶段
现代分离科学的建立
人们对分离技术提出了越来越高的要求， 促进了分离理论及新技术的研究，逐步掌 握了分离理论及技术的规律，建立了接近 于实际情况的数学模型，使各种新的现代 分离技术不断涌现，形成了崭新的现代分
现代分离科学与技术的发展趋势
利用方法间的共性，探讨方法间的联系和统一理论和数学 模式的表达 将新技术、新材料引入分析技术中，发展新分离原理和 方法; 解决现代科技和生产过程中重大的分离和纯化问题; 利用现代分析手段，如波谱、电镜、粒子束分析研究分 离过程机理，探讨分离过程动力学及其模型; 计算机模拟分离过程和数学模型的建立; 多种分离方法和技术联用，研究最优化分离条件; 分离发现新的重要物质; 利用电、磁、光、热等建立无污染的分离过程.
人们对“分离”一词的反应是强烈的，比如亲人间、朋
友间的分离大多是痛苦的。因此人类社会的分离要考虑是否
有必要。 物质分离也要考虑是否有必要，因为它是需要付出代价
的。
作为物质分离，在科学研究和工业生产中，在日常生活 中也无处不在。
日常生活中的分离
饮食起居:自来水(过滤);净水器（分离膜/吸附 剂）；泡茶（固体浸出法）;榨果汁 环境保护: 污水治理;垃圾分类； 医药卫生：抗菌素的纯化；血透; 病毒的分 离 能源:铀的富集
溶度差化学结合能电能光能核能等对各组分所特有的性质差作用能量或分离剂原料物流一个或数个分离装臵两个以上的产品物流浓度不同可用于分离的性质物理方面的性质力学性质密度摩擦因数表面张力尺寸质量热力学性质熔点沸点临界点蒸气压溶解度分配系数吸附平衡电磁性质电导率介电常数迁移率电荷淌度磁化输送性质扩散系数分子飞行速度化学方面的性质热力学性质反应平衡常数离解常数电离电位反应速度性质反应速度常数生物学方面的性质生物学亲和力生物学吸附平衡生物学反应速度常数物理分离法如离心分离电磁分离化学分离法如沉淀分离物理化学分离法如电泳区带熔融按可被利用的性质分类速度差分离过程
第三章 膜分离技术 现代分离科学与技术 教学课件
2020/6/16
优先吸附--毛细孔流理论基本论点
(1)由于膜的化学性质对溶质具有排斥作用，根据Gibbs吸附方程 ，溶质是负吸附，水是优先吸附。因此，在膜与溶液界面附近， 溶液浓度剧烈下降，在膜的表面形成一层极薄的纯水层，纯水层 的厚度与膜的表面性质密切相关。 (2)膜表面存在着毛细小孔 ,当毛细孔的直径为纯水层厚度t的2倍时 （称临界孔径），可以得到最大的透水率和脱盐率。不同材料的 膜有不同的临界孔径。研制最佳的膜是在膜的表面形成尽可能多 的孔径为2t的毛细孔。孔径小于2t，膜的透水率降低；孔径大于2t 时，由于部分含盐溶液也会通过膜孔而使脱盐率下降。
氢键理论指出反渗透膜材料必须是亲水性的，水在膜中的迁移主 要是扩散。
2020/6/16
膜材料
膜应该满足的特性: 膜应具有较大的透过速度和较高的选择性； 机械强度好； 耐热、耐化学试剂、不被细菌侵袭； 可以高温灭菌； 价廉等。
2020/6/16
膜的分类
1. 按膜的材料分类
天然高分子材料 合成高分子材料 无机材料 复合材料 生物材料
2020/6/16
优先吸附--毛细孔流动模型
2020/6/16
氢键理论
氢键理论也称孔穴有序扩散模型。 基本要点: (1)膜内大分子之间存在着两种区域晶相区和非晶相区。 (2)水和溶质不能进入晶相区。 (3)在膜内存在着两种状态的水，即结合水和游离水。结合水是当水
进入非晶相区后与膜内羧基上的氧原子发生氢键而形成的。这种 结合引起水分子熵值极大下降，这种水具有整齐的类冰状结构。 离开膜基团较远的水称为游离水，性质与一般水相同。结合水的 强度，取决于膜的孔径，孔径愈小，结合愈牢。
2020/6/16
天然高分子材料 种类：纤维素衍生物，如醋酸纤维膜、硝酸纤维膜 和
优先吸附--毛细孔流理论基本论点
(1)由于膜的化学性质对溶质具有排斥作用，根据Gibbs吸附方程 ，溶质是负吸附，水是优先吸附。因此，在膜与溶液界面附近， 溶液浓度剧烈下降，在膜的表面形成一层极薄的纯水层，纯水层 的厚度与膜的表面性质密切相关。 (2)膜表面存在着毛细小孔 ,当毛细孔的直径为纯水层厚度t的2倍时 （称临界孔径），可以得到最大的透水率和脱盐率。不同材料的 膜有不同的临界孔径。研制最佳的膜是在膜的表面形成尽可能多 的孔径为2t的毛细孔。孔径小于2t，膜的透水率降低；孔径大于2t 时，由于部分含盐溶液也会通过膜孔而使脱盐率下降。
氢键理论指出反渗透膜材料必须是亲水性的，水在膜中的迁移主 要是扩散。
2020/6/16
膜材料
膜应该满足的特性: 膜应具有较大的透过速度和较高的选择性； 机械强度好； 耐热、耐化学试剂、不被细菌侵袭； 可以高温灭菌； 价廉等。
2020/6/16
膜的分类
1. 按膜的材料分类
天然高分子材料 合成高分子材料 无机材料 复合材料 生物材料
2020/6/16
优先吸附--毛细孔流动模型
2020/6/16
氢键理论
氢键理论也称孔穴有序扩散模型。 基本要点: (1)膜内大分子之间存在着两种区域晶相区和非晶相区。 (2)水和溶质不能进入晶相区。 (3)在膜内存在着两种状态的水，即结合水和游离水。结合水是当水
进入非晶相区后与膜内羧基上的氧原子发生氢键而形成的。这种 结合引起水分子熵值极大下降，这种水具有整齐的类冰状结构。 离开膜基团较远的水称为游离水，性质与一般水相同。结合水的 强度，取决于膜的孔径，孔径愈小，结合愈牢。
2020/6/16
天然高分子材料 种类：纤维素衍生物，如醋酸纤维膜、硝酸纤维膜 和
分离科学与技术2-100页PPT资料
2.2 溶剂萃取理论
首先用于有机物的分离，19世纪初开始用于无机物 萃取，19世纪40年代后溶剂萃取走向成熟；
仪器设备简单、操作方便、选择性较高 分离效率比很多现代分离技术低，比高效液相色谱 低2-3个数量级；
有自动化仪器，但没有得到普及，手工操作的重现 性差
大量使用有机溶剂，造成严重的环境污染
（3）萃取率
表示一定条件下，被萃取溶质进入有机相的量。 溶质在有机相中的量
E 溶质在两相中的量 100% 对于一次萃取操作，萃取率为：
E CorVgorg 10% 0 CorVgorgCaqVaq
Vaq ，Vorg 分别表示水相和有机相的体积，通常将有 机相与水相的体积之比Vorg/Vaq 称为相比R。
i
(U i )内 Vi
(Ui )内 H蒸 RT H蒸(298K) 295023.7Tbi 0.02Tbi 2
Vi是组i的 分摩尔体 (Ui)积 内是；组分的摩尔示 内1m聚ol能表 溶剂分子之间的 相总 互能 作量 用，可到 从， 手也 册可 查按 上式计算得到。
在低于沸点的可 温从 度溶 下剂 ，的 Tb估 沸算 点溶解度 。参数
官能团的极性顺序
RCOOH
大
ArOH
H 2O
ROH
R'
RNH 2 , R N H R ' R N R'
极
R'
性
R CO RCHO
N R'
RCOR'
RCOOR'
ROR'
小
RX
CHO
R +NH 3 CH
_
COO
氨基酸，极性强
HCOH
HO CH HCOH HCOH
分离科学与进展中科大lecture(4)幻灯片PPT
• 英国生物学家Martin和Synge于1940年提出液液分配 色谱，1941年提出用气体代替液体作为流动相，他们 首先提出了色谱塔板理论，以及其远见卓识的预言。 1952年James和Martin因其在色谱理论和实践方面的 奉献获得了诺贝尔奖。
• 析、气相层析、高压液 相层析〔HPLC〕等。
• 酚类和酸类是以其羟基或羧基与聚酰胺中酰胺 键的羰基形成氢键；芳香硝基化合物和醌类化 合物是以其硝基或醌基与聚酰胺分子中酰胺键 的游离胺基形成氢键。各种化合物因其与聚酰 胺形成氢键的能力不同，吸附能力也就不同， 因此可以得到别离。
常用的吸附剂及其选择
• 聚酰胺：
常用的吸附剂及其选择
• 聚酰胺：一般说来，能形成氢键基团较 多的溶质，其吸附能力较大；对位、间 位取代基团都能形成氢键时，吸附能增 大，邻位的使吸附能力减小；芳香核具 有较多共轭双键时，吸附能力增大；能 形成分子内氢键者，吸附能力减小。
别离科学与进展中科大 lecture(4)幻灯片PPT
本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！
色层法的发现
• 俄国植物学家茨维特〔Tswett〕1906年提出色谱 〔Chromatography〕的概念，Tswett让植物色素的 石油醚萃取液流经装有碳酸钙的管柱，并继续以纯洁 的石油醚加以洗脱，得到三种颜色的5个色带。
• 在某一温度下某种组分在吸附剂外表的 吸附规律可用平衡状态时此组分在两相 中浓度的相对关系曲线来表示，这种关 系曲线称为吸附等温线。
吸附柱层析
• 吸附分配系数：KD = cs / cm • 在试样中各组分的分配系数往往稍有差异。分
• 析、气相层析、高压液 相层析〔HPLC〕等。
• 酚类和酸类是以其羟基或羧基与聚酰胺中酰胺 键的羰基形成氢键；芳香硝基化合物和醌类化 合物是以其硝基或醌基与聚酰胺分子中酰胺键 的游离胺基形成氢键。各种化合物因其与聚酰 胺形成氢键的能力不同，吸附能力也就不同， 因此可以得到别离。
常用的吸附剂及其选择
• 聚酰胺：
常用的吸附剂及其选择
• 聚酰胺：一般说来，能形成氢键基团较 多的溶质，其吸附能力较大；对位、间 位取代基团都能形成氢键时，吸附能增 大，邻位的使吸附能力减小；芳香核具 有较多共轭双键时，吸附能力增大；能 形成分子内氢键者，吸附能力减小。
别离科学与进展中科大 lecture(4)幻灯片PPT
本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！
色层法的发现
• 俄国植物学家茨维特〔Tswett〕1906年提出色谱 〔Chromatography〕的概念，Tswett让植物色素的 石油醚萃取液流经装有碳酸钙的管柱，并继续以纯洁 的石油醚加以洗脱，得到三种颜色的5个色带。
• 在某一温度下某种组分在吸附剂外表的 吸附规律可用平衡状态时此组分在两相 中浓度的相对关系曲线来表示，这种关 系曲线称为吸附等温线。
吸附柱层析
• 吸附分配系数：KD = cs / cm • 在试样中各组分的分配系数往往稍有差异。分
分离科学与进展中科大lectu幻灯片PPT
反渗透膜的透过机理
反渗透膜的透过机理
• 优先吸附-毛细管流动机理：在醋酸 纤维膜的外表优先吸附一层水分子， 其厚度为1-2个水分子层〔0.51.0nm〕，盐类溶质那么被排斥， 当膜外表毛细管的孔径为纯水吸附 层厚度的2倍〔临界孔径〕时，对一 个毛细孔而言可得到最大流量的纯 水。
反渗透膜的透过机理
按形状分
单滴形
球形
液
乳状液
膜
分
类
无载体输送的液膜
按传质机理分
有载体输送的液膜
支撑型液膜
把微孔聚合物膜浸在有机溶液中，溶液即充满微 孔形成液膜。此类膜主要用于支撑液膜萃取上。
这种液膜的传质面积小，稳定性也差，支撑液体 容易流失。
单滴型液膜
根据成膜材料，分为水膜和油膜 单滴型液膜寿命较短，主要用于理论研究
液膜别离的机理：有载体液膜
反向迁移
液膜别离的机理：有载体液膜
反向迁移
液膜别离的机理：有载体液膜
同向迁移
液膜别离的机理：有载体液膜
同向迁移
DBC: 二苯并－18－冠－6
液膜别离的过程
制乳：先经高速搅拌膜溶剂、表活剂、流 动载体和内相试剂等的混合物，再在适当 搅拌下参加到料液中。在液膜技术中通常 采用非离子型外表活性剂作乳化剂。
微滤和超过滤的应用
1、微孔过滤 过滤悬浮颗粒，例如，HPLC中0.22 m滤膜过滤 流动相，防止堵塞色谱柱。 2、超过滤 工业废水的无害化处理和有效成分的回收利用。汽 车生产厂电涂淋洗水，水中含有1～2％的涂料，用 UF别离出涂料，重新使用，清水再循环使用。
膜别离：反渗透
• 当用半透膜将纯水和盐水分隔时， 水将自动地穿过半透膜向盐水中扩 散，这个过程称为渗透。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
种类、溶剂种类和盐析剂等）而变化，通常由实验直接测
定，在评价方法时，分配比是一个比分配系数更有实用价
值的参数。对于简单的体系，溶质只有一个形态，溶质在
两相中的浓度都很低，则分配比与分配系数相等。
精选课件ppt
8
（3）萃取率
表示一定条件下，被萃取溶质进入有机相的量。 溶质在有机相中的量
E 溶质在两相中的量 100% 对于一次萃取操作，萃取率为：
大量使用有机溶剂，造成严重的环境污染
精选课件ppt
5
2.2.1 萃取平衡
（1）平衡常数
Nernst 在1891年提出的溶剂萃取分配定律是：在 一定温度下，当某一溶质在互不相溶的两相溶剂(水相/ 有机相） 中达到分配平衡时，该溶质在两相中的浓度 比为一个常数，该常数称为平衡常数（KD)。
KD
[ A]org [ A]aq
精选课件ppt
14
2.4 有机萃取（重点）
在天然产物有效成分的分离、有机合成中广泛应 用。
基本原理：根据被提取成分和共存杂质的理化 特性，选择合适的溶剂和萃取技术，使目标成分从 物料（固体或液体原料）向萃取溶剂中转移。
精选课件ppt
15
➢液体溶剂萃取固体物料，称为固-液萃取。 ➢液体溶剂萃取液体物料，称为液-液萃取。
D V aq V org
D 1
ห้องสมุดไป่ตู้
R
相比越大萃取率越高；分配比越大萃取率越高。
思考题：对于分配比较小的物质，如何提高萃取率？ （增大相比会使萃取物质的浓度过低，不利于后面的分离分 析；多次萃取或连续萃取提高萃取率）
精选课件ppt
10
当相比为1（等体积萃取）时，萃取率与分配比的关系为：
E D 100% D1
精选课件ppt
16
2.4.1 溶剂的选择原则
目标成分萃取率高，杂质成分萃取率低；（依 据相似相溶性） 不与目标成分起化学反应 价廉、易得、浓缩方便，安全无毒
精选课件ppt
17
2.4.2 分子的极性 “相似相溶的判断”——依据分子的极性大小
精选课件ppt
18
分子极性概念
• 极性是一种抽象概念，用以表示分子中电荷不对 称（assymmetry)的程度，大体上与偶极矩 (dipole moment)、极化度(polarizability)及介电 常数(dielectric constant)等概念有相关性。
精选课件ppt
13
例如：金属离子的萃取
磷酸三丁酯（TBP)-煤油萃取剂 从硝酸水溶液中萃取硝酸
铀酰。金属铀离子在水溶液中以UO22+,
UO2NO3 +、
UO2(NO3)2 、UO2(NO3)3形式存在，但萃取物是中性分子：
U 2 2 O 2 N 3 O 2 T B U P 2 (N O 3 )3 .O 2 TB
实验发现， KD是一个常数的条件是， 温度不变，溶质A在
溶液的浓度极低，且存在形式不变。溶质浓度高时， KD存
在偏离。应使用活度代替浓精选度课计件p算pt 。
6
研究萃取平衡反应，根据热力学基本公式，可从一个温度 下(T1)的萃取平衡常数, 求算另一个温度下(T2)的萃取平衡常数:
lgK2lgK12. 3H 0R(3T2 T1 TT 21)
• 表征的参数常有偶极矩、介电常数、油水分配系 数、溶解度参数和罗氏极性参数。
精选课件ppt
19
影响分子极性的因素
➢ 分子的极性与分子结构及分子大小有关；
——分子结构指分子中所含官能团的种类、数目及 排列方式等综合因素。
——分子大小指分子碳链长度、骨架大小，与分子 量相关。
精选课件ppt
20
——例如，甲醇、乙醇的分子较小，有羟基基团，
第二章、溶剂萃取
精选课件ppt
1
2.1 萃取分离法的分类
2.1.1 按照萃取相种类
溶剂萃取 固相萃取 液相萃取 超临界流体萃取
精选课件ppt
2
2.1.2 按照萃取体系种类
有机体系：如天然产物有效成分分离 无机体系：水溶液中无机离子的萃取
精选课件ppt
3
2.1.3 按照萃取技术
经典的溶剂萃取：分液漏斗萃取
与水的结构相近，是亲水性较强的溶剂，能与水 互溶。
——例如，丁醇、戊醇分子虽有羟基基团，但因分 子碳链加长，分子中非极性部分份额增大，虽然 与水互溶，但达到饱和状态后会分层。
E CorVgorg 10% 0 CorVgorgCaqVaq
Vaq ，Vorg 分别表示水相和有机相的体积，通常将有 机相与水相的体积之比Vorg/Vaq 称为相比R。
精选课件ppt
9
萃取率和分配比及相比的关系为：
E C oV ro grg 1% 00 D 1% 00D 1% 00
C oV ro gr g C aV q aq
现代方法：超声辅助萃取、微波辅助萃取、加 压萃取、超临界流体萃取
精选课件ppt
4
2.2 溶剂萃取理论
首先用于有机物的分离，19世纪初开始用于无机物 萃取，19世纪40年代后溶剂萃取走向成熟；
仪器设备简单、操作方便、选择性较高
分离效率比很多现代分离技术低，比高效液相色谱 低2-3个数量级；
有自动化仪器，但没有得到普及，手工操作的重现 性差
答案：萃取一次萃取率98.7%；连续萃取三次萃取率99.9%。萃 取一次水溶液中残留碘量：0.013mg;连续萃取三次水溶液中残 留的碘0.0001mg.
精选课件ppt
12
2.3 无机化合物萃取（了解）
无机萃取一般包括如下过程： （1）水相中的被萃取溶质与加入的萃取剂形成萃取物（通 常是配合物）； （2）在两相界面，萃合物因疏水分配作用进入有机相，最 终溶质在两相间达成平衡。
此式中： HH
精选课件ppt
7
（2）分配比
当溶质在某一相或两相中发生解离、缔合、配位或离子聚 集现象时，溶质在同一相中存在多种状态，此时用分配比表 示溶质在两相中的分配状况。分配定律不再适用。
D溶 水质 相在 中有 各机 形相 态 中 的 [A Aii的 浓 ]oarqg量 度
分配比不一定是常数，它随实验条件（pH值、萃取剂
n次萃取后，水相中残留物质的浓度Cn计算公式如下。 C0为 水相中溶质的初始浓度，即溶质的总浓度。
cn c0(VVaqaqVVorogrgD)n
当相比为1时，
cn c0(11D)n
分配比越大，萃取率越高。
精选课件ppt
11
例题：已知碘在四氯化碳和水中的分配比为85，有10ml水溶液 中含碘1mg, 分别9ml四氯化碳萃取1次和每次3ml四氯化碳连续 萃取3次，计算两种情况下的萃取率和水溶液中残留的碘的量？