第11章分析化学中常用的分离和富集方法

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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-砷酸铵镁等
有机共沉淀剂进行共沉淀
利用胶体的凝聚作用进行共沉淀, 如动物胶、丹宁 离子缔合共沉淀,如甲基紫与InI4-。 利用“固体萃取剂”进行共沉淀,例 1-萘酚的乙醇溶
液中,1-萘酚沉淀,并将U(VI)与1-亚硝基-2-萘酚的螯 合物共沉淀下来。
阳离子交换树脂
R-SO3H树脂, 如国产732
弱酸性阳离子交换树脂 R-COOH, R-OH 树脂
强碱性阴离子交换树脂
阴离子交换树脂
R4 N+Cl- 树脂
弱碱性阴离子交换树脂
-NH2, -NHR, -NR2 树脂
螯合树脂
大孔树脂
特种树脂
萃淋树脂
纤维素交换剂
负载螯合剂树脂
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2 离子交换树脂的结构与性质
pH=pKa时,D=1/2·KD; pH≤ pKa-1时,水相中萃取剂几乎全 部以HL形式存在,D≈KD ;在pH>pKa时,D变得很小。
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萃取体系
螯合物萃取体系 离子缔合物萃取体系 溶剂化合物萃取体系 共价化合物(简单分子)萃取体系
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5 萃取条件的选择
e 萃取蒸馏(extractive distillation)
例由氢化苯(80.1℃)生成环己烷(80.8℃)时,一般的蒸馏不能分离,加入 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
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11.3 沉淀分离
1 常量组分的沉淀分离
氢氧化物沉淀
NaOH法
可使两性氢氧化物(Al,Ga,Zn,Be,CrO2,Mo,W,GeO32-, V, Nb,Ta ,Sn,Pb等)溶解而与其它氢氧化物(Cu, Hg, Fe, Co, Ni, Ti. Zr, Hf, Th, RE等)沉淀分离
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D=
cAo cAw
=
[A1]o+[A2]o+…+[An]o [A1]w+[A2]w+…+[An]w
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3 萃取率 萃取率用于衡量萃取的总效果,用E表示
E=
溶质A在有机相中的总量 溶质A的总量
×100%

coVo coVo+cwVw
×100%
E=
D D+(Vw/Vo)
×100%
式中,Vw/Vo称相比 当Vw/Vo=1时, E=D/(D+1)×100% 在D>10时,E>90%, D>100, E>99%
a 萃取剂的选择 螯合物稳定,疏水性强,萃取率高
b 溶液的酸度 酸度影响萃取剂的离解,络合物的稳定性,金属 离子的水解
c 萃取溶剂的选择
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,
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。
毒性小,最好无毒,并且挥发性小。
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如果用Vo (mL) 溶剂萃取含有mo (g) 溶质A的Vw (mL)试液, 一次萃取后,水相中剩余m1(g)的溶质A,进入有机相的溶 质A为(mo-m1) (g), 此时分配比为:
D=
cAo cAw
=
(mo-m1)/Vo m1/Vw
m1=mo[Vw/(DVo + Vw)] 萃取两次后,水相中剩余物质A为m2(g) m2=mo[Vw/(DVo + Vw)]2 …
原有试样中待测组分的量
要求:待测组分含量不同对回收率的要求也不相同
质量分数 回收率
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大于 1% 99.9%
0.01%一 1% 低于 0.01%
99%
90%一 95%
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11.2 气态分离法
1 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
升华: 固体物质不经过液态就变成气态的过程
洗涤除去共存物 洗脱待分离物质
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固相微萃取技术 始于1992年,(加拿大的Janusz Pawliszyn)
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8 超临界流体萃取
原理:
超临界流体萃取:气-固萃取
萃取剂: 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 固体颗粒,易于除去。
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11.4萃取分离法
1.萃取分离机理
相似相溶 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
镍(II) +丁二酮肟 丁二酮肟-镍(II) ‖ CHCl3
带电荷,亲水 萃取剂
电中性,疏水
萃取溶剂
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12Βιβλιοθήκη 萃取过程的本质根据物质对水的亲疏性不同,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 亲水性物质:易溶于水而难溶于有机溶剂的物质。 如:无 机盐类,含有一些亲水基团的有机化合物 常见的亲水基团有一OH,一SO3H,一NH2,=NH 等 疏水性或亲油性物质:具有难溶于水而易溶于有机溶剂的 物质。如:有机化合物 常见的疏水基团有烷基如一CH3,一C2H3,卤代烷基,苯基、 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。
CH2 CH CH2 CH CH2 CH2 CH2 CH CH2
CH CH2
+
CH CH2
n
CH CH2 CHSO3HCH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2
CH CH2
SO3H
CH
SO3H
n
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-SO3H, -COOH,-N(CH3)3Cl 等,它们可以与溶液中的离子进行交换。
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2 分配定律、分配系数和分配比
分配系数: 有机溶剂从水相中萃取溶质A,若A在
两相中的存在形态相同,平衡时,在
有 机 相 的 浓 度 为 [A]o, 水 相 的 浓 度 为 [A]w 之比,用KD表示。
分配定律
KD=
[A]o [A]w
分配比: 物质A在两相中可能存在多种形态,在两相 中的各形态浓度总和(c)之比,用D表示。
氨水-铵盐缓冲法
控制pH值8~10,使高价离子沉淀(Al, Sn等), 与一、二价 离子(碱土金属,一、二副族)分离
ZnO悬浊液法
控制pH=6, 定量沉淀pH6以下能沉淀完全的金属离子
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
控制溶液的pH值
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硫酸盐沉淀
硫酸作沉淀剂,浓度不能太高,因易形成MHSO4盐 加大溶解度, 沉淀碱土金属和Pb2+, CaSO4溶解度大,加 入乙醇降低溶解度。
萃取n次后,水相中剩余物质A为mn(g) mn=mo[Vw/(DVo + Vw)]n
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例 , 用 乙 醚 萃 取 从 一 肉 样 品 中 除 去 脂 , 脂 的 D=2, 现 有 乙 醚 90ml, 有 人 介 绍 分 三 次 每 次 30ml 对 分 散 在 30ml 水 中 的 含 有 0.1g脂的1.0g肉制品进行萃取,那么一次90ml和三次30ml分 别萃取,哪一个好? 计算: 一次90ml,x=0.1(30/[(2×90)+30]1=0.014g 三次30ml,x=0.1(30/[(2×30)+30]3=0.0037g
交换容量: 每克干树脂所能交换的物质的量(mmol)。 一般树脂的交换容量3~6mmol/g。
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6 萃取方法及分析化学中的应用
萃取方法 • 单级萃取 • 连续萃取 • 多级萃取
萃取剂比水重
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萃取剂比水轻
索氏萃取器
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7 固相萃取和固相微萃取
固相萃取:液-固分离
分离载体一般为硅氧基甲烷,颗粒直径4080 mm
一般程序为: 选适宜SPE管
润湿载体
加入样品溶液到载体
磷酸盐沉淀
稀酸中,锆、铪、钍、铋;弱酸中, 铁、铝、铀(IV)、 铬(III)等
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有机沉淀剂
草酸: 沉淀Ca, Sr, Ba, RE, Th
铜铁试剂(N-亚硝基苯基羟铵): 强酸中沉淀Cu,Fe,Zr,Ti,Ce.Th,V,Nb,Ta等,微酸中沉 淀Al,Zn,Co,Mn,Be,Th,Ga,In,Tl等。主要用于1:9的硫 酸介质中沉淀Fe(III),Ti(IV),V(V)等与Al,Cr,Co,Ni分离
铜试剂 (二乙胺基二硫代甲酸钠,DDTC) 沉淀Cu,Cd,Ag,Co,Ni,Hg.Pb.Bi,Zn等重金属离子,与 稀土、碱土金属离子及铝等分开
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2 痕量组分的富集和共沉淀分离
无机共沉淀剂进行共沉淀
利用表面吸附进行痕量组分的共沉淀富集, 选择性 不高。共沉淀剂为Fe(OH)3, Al(OH)3等胶状沉淀, 微 溶性的硫化物,如Al(OH)3作载体共沉淀Fe3 +,TiO2+; HgS共沉淀Pb2+
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一些气体的临界温度和压力
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11.5 离子交换分离法
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 方法。
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1.离子交换剂的种类
无机离子交换剂
有机离子交换剂 (离子交换树脂)
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强酸性阳离子交换树脂
卤化物沉淀
氟化稀土和与Mg(II), Ca(II), Sr(II), Th(IV)氟化物沉淀, 冰晶石法沉淀铝 在pH=4.5 Al(III)与NaF生成(NaAlF6)法沉淀 分离Al(III),与Fe(III),Cr(III),Ni(II),V(V)Mo(VI)等分离
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硫化物沉淀
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4 萃取平衡和萃取体系
萃取平衡 萃取剂多为有机弱酸碱, 中性形式易疏水而溶于 有机溶剂,一元弱酸(HL)在两相中平衡有:
HL(o) HL(w)
D=
[HL]o [HL]w+[L]w
=
[HL]o [HL]w(1+Ka/[H+])
=
KD 1+Ka/[H+]
= KD δ(HL)
第11章 分析化学中常用的分离富集方法
11.1 概述
11.2 气态分离法
11.3 沉淀与过滤分离
11.4 萃取分离法
11.5 离子交换分离法
11.6 色谱分离
11.7 电分离法
11.8 气浮分离法
11.9 膜分离
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11.1 概述
分离与富集
分离富集的目的(对象)
(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
离子交换的过程:
R-SO3H + Na+ → R-SO3Na + H+ R-N(CH3)3Cl + OH- → R-N(CH3)3OH + Cl-
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交联度: 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。
交联度小,溶涨性能好,交换速度快,选 择性差,机械强度也差; 交联度大的树脂优缺点正相反。 一般4~14%适宜。
超临界萃取分离设备组成及流程:
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超临界流体:
1822年, Baron C.Cagnaird 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 体成为液体,那个温度叫临界温度。在这个温度使气体 变为液体的最低压力,叫临界压力。在这个条件以上的 任意气体处于超临界。
控制酸度,溶液中[S2-]不同,根据溶度积,在不同酸 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; MnS,0.00008 M HCl
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a 常压蒸馏
2 蒸馏
b 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, 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
在大气压以下的蒸馏称为减压和真空蒸馏
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d 共沸蒸馏
例如无水乙醇的制备,水和乙醇形成共沸物((95%乙醇),b.p.=78.15℃ 加入苯形成另一共沸物(苯74%,乙醇18.5%,水7.5%) b.p.=65℃ 在65℃蒸馏, 除去水, 在68℃苯和乙醇形成共沸物(苯67.6%,乙醇32.4%) 在68℃蒸馏直到温度升高,在78.5℃能获得纯乙醇。
(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
对分离富集的要求
(1)分离富集的回收率越接近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。
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回收率:
实验方法:加标法测量
分离后待测组分的质量 回收率= ————————————100%
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