液液平衡 报告

液—液相平衡数据的测定
1、实验目的
1）了解液液相平衡测定的原理，掌握液液相平衡数据的测定方法
2）掌握卡尔费体分析法，气相色谱分析原理和实验方法
3）学习液液相平衡关联的推算方法
2、实验原理
醋酸甲酯和甲醇、醋酸甲酯和水均为互溶体系，但水在醋酸甲酯中溶解度很小。

因此，醋酸甲酯-甲醇-水三元体系属于只含一对部分互溶的体系 , 而且从文献已有的数据可以看出这个体系的二相区是比较小的。

在文献相图中可以发现，随着甲醇加入越多体系将从二相区向完全互溶区移动，体现在实验过程中则是从水相与油相分层到完全溶解。

为了较为准确测量并绘制出相图，通过逐渐增加甲醇的加入量，获取静置后实验样品进行组成分析得出实验结果果。

由相律知，定温、定压下，三元液液平衡体系的自由度f=1。

这就是说在溶解度曲线上只要确定一个特性值就能确定三元物系的性质。

通过测定在平衡时上层（油相）、下层（水相）的组成，通过气相色谱分析原理等方法分析实验组成得出相平衡数据，获得平衡曲线，并绘入相图中。

3、实验仪器与药品
实验试剂：去离子水，甲醇，醋酸甲酯，无水乙醇
仪器设备：平衡釜，磁力搅拌器，磁力搅拌子、恒温槽，冷凝管，取样针，打样针，气相色谱仪，电子天平，温度计。

4、实验流程与装置
如图1所示，此装置类似于本实验的装置图，只需在取样口附近多安置一个进行温度控制的位置以及增加冷凝管的装置，温度的控制对于本实验的准确率将有很大的影响，必须严格控制。

图1 平衡釜液液相平衡实验装置图
准备：实验前先将平衡釜洗涤、烘干并冷却，然后按照图1所示安装仪嚣以及温度控制部分。

开启恒温槽循环水和低温冷却液循环泵，待温度计指示温度达到所需的值且恒定时。

清洗取样时所需器材并烘干。

实验：用注射器（或者移液管）向干燥的液—液平衡釜中分别加入水、醋酸甲酯8、12ml（用量筒准确称量），然后加入少量甲醇（依据试验后的加水范围进行逐步增加）。

开启恒温水浴，调节到实验温度，并向平衡釜恒温水套通入恒温水（测定室温下平衡数据可不用恒温浴）。

开启电磁搅拌器，搅拌120 min ,静置120 min ，分层，取上层和下层样品进行分析（注意：可用微型注射器，由上取样口直接取上、下二层样品。

取样前，微型注射器要用样品本身清洗5—6次）。

所得上下二层组成即为第一组液液平衡数据。

重新配置药品后，重复上述步骤，测第二组液液平衡数据。

有关数据记录于表1。

5、实验方法
采用GC2014气相色谱仪进行样品定性定量分析。

用相对保留时间来定性测定，以乙酸乙酯作为有机相的内标、以无水乙醇作为水相的内标的内标法进行定量分析。

气相色谱仪的操作条件：氢焰离子检测器(FID)；毛细柱φ0.25 mm XP-1701；氢气流量20mL/min，空气流量20mL/min，氮气流量15mL/min；柱温50℃保持3min，以20℃/min的速度升温3min，至110 ℃时保持1min；进样口温度230 ℃，检测器温度200 ℃。

气相色谱法具有高选择性、高分离效能和高灵敏度的特点，是芳香精油的定性及定量分析的常用方法，应用已相当普遍。

目前，挥发性成分检测多采用气相色谱法和薄层扫描法等进行测定。

由于薄层色斑稳定性较差，受温度变化影响较大，加上薄层板的均匀度、板间差异，点样量的准确与否以及显色剂的喷雾均匀度等的影响，导致测定结果重现性较差。

与之相比，气相色谱法具有高选择性、高效能、快速、低检测限等特点，因此，GC已经成为一种极其高效的一种测定方法，并广泛用于挥发性成分的定性及定量。

气相色谱法主要是利用待分离的各种物质在两相中的分配系数、吸附能力等亲和能力的不同来实现混合物的分离。

由于样品中各组分的沸点、极性或吸附性能不同，随着流动相的移动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使各组分在色谱柱内的停留时间(保留时间)形成差异，按一定次序由固定相中先后流出色谱柱，从而实现各组分的分离。

当组分流出色谱柱后，通过检测器转变为电信号，电信号的大小与被测组分的含量或浓度成比例，实现混合物的定量分析。

气相色谱定量方法常用的有峰面积百分比法、归一化法、叠加法、外标法、内标法等。

就几种方法比较而言，内标法具有最高的定量精度。

它通过在待测样品中加入一定量的标准物(内标物)来抵消操作条件(包括进样量)的波动带来的误
差，只要测定内标物和待测组分的峰面积与相对响应值，即可求出待测组分在样品中的百分含量。

6、实验数据与结果
实验测得的数据及处理结果如下表1.表2所示：
三．根据上述的计算结果下表3，利用origin根据各相的质量分数来画三元相图，三元相图见下图2：
表3 各组分质量分数表
组分水甲醇醋酸甲酯
百分含量74.67% 2.65% 22.68% 9.15% 1.17% 89.68% 65.70% 4.79% 29.51% 12.02% 2.67% 85.30%
图2 液液相图
7 结论与误差分析
附录：
气相色谱分析计算
以甲醇0.5ml实验原始数据（下表4）油相数据为例进行计算：
表4 甲醇0.5ml实验原始数据
内标物为无水乙醇，已知甲酯和甲醇的内标曲线分别为y=1.6307×X-0.02和y=1.4337×X，其中y=W i/Ws，X =Ai/As。

W i表示是取样中醇的质量，Ws表示是内标物的质量；W表示总质量，Ai表示检测物占的面积百分比，As表示内标物所占的面积百分比。

一、计算原料甲醇0.5ml时油相甲酯的质量分数：
X= Ai/As=37.23/62.23=0.5982
y=W i/Ws=1.6307×X -0.02=1.6307×0.5982-0.02=0.9556
其中W=1.6063g，则
W i=0.9556×1.6063×0.3723=0.7549g
已知取样量W=0.8163g,则甲酯的质量分数=0. 7549/0.8163=0.9248
二、计算原料甲醇0.5ml时甲醇的质量分数
X1= Ai/As=2.37/62.23=0.03808
y=W i/Ws=1.4337×X =1.4337×0.03808=0.5496g
其中W=1.6063g，则
W i=0.5496×1.6063×0.54=0.0098 g
三、已知取样量W=1.6063g,则甲醇的质量分数=0.0098 /1.0061=0.01252
由油相水分析得ω水平均%=0.0944;
三组分质量分数和不为一，需对三组分进行归一化计算,过程如下:
甲酯的质量分数=0.9248/(0.9248+0.01252+0.0944)*100= 89.68%
甲酯酯的质量分数=0.01252/(0.9248+0.01252+0.0944)*100= 1.17%
水的质量分数=0.0944/(0.9248+0.01252+0.0944)*100= 9.15%
其他组别的计算过程同上，水相分析时不需要归一化。