1.4萃取体系分类法解析
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第二章 第三节 萃取体系的分类 化学与化学工程 分离技术 教学课件
特点：
①萃取剂: HA或H2A，它在水相与有机相都有一定的溶 解度。
②在水相中金属离子以阳离子Mn＋形式存在，或以能离 解出Mn＋ 的络离子MLmn-mx(x为L的负价）形式存在。
③在水相中Mn+与HA或H2A生成中性螯合物MAn或M(HA)n形 式。
④生成的中性螯合物不含亲水基团，因而难溶于水，易 溶于有机溶剂，所以能被萃取。
｝ 磷酸三烷酯(RO)3PO、
一烷基膦酸二烷酯R(RO)2PO 二烷基瞵酸一烷酯R2(RO)PO 三烷基氧化膦R3PO 焦磷酸酯R4P2O7 PH3的有机衍生物(RO)3P。
如三苯氧基瞵是Cu+的特效萃取剂： CuCl / H2O－KCl / 10%(C6H5O)3 P － CCl4
（二）中性含氧萃取剂
酮、醚、醇、酯、醛等在弱酸性或HNO3溶液中萃 取金属盐。
如：异丁醇萃取UO2(NO3)2 中性络合物为UO2(NO3)2·（i-BU(OH)4）。
应注意：在强酸性溶液中上述萃取剂生成佯盐阳离 子，用于萃取金属络阴离子或酸根离子，不属于这 类萃取体系而属于离子缔合萃取体系。
（三）中性含氮萃取剂
如： 吡啶萃取Cu(SCN)2 生成中性络合物为Cu(SCN)2·(Py)2
二、中性络合萃取体系
特点：
① 被萃取物质是中性分子。
如：UO2(NO3)2 在水中存在形式：UO22＋ 、UO(NO3)+、UO2(NO3)3－
② 萃取剂本身也是中性分子 如：磷酸三丁酯(TBP)
③ 萃取剂与被萃取物质结合生成中性络合物 如：UO2(NO3)2 ·2TBP
按萃取剂性质不同分类:
（一）中性磷萃取剂
一简单分子萃取体系二中性络合萃取体系三螯合萃取体系四离子缔合物萃取体系五协同萃取体系一简单分子萃取体系特点1被萃取物质是以其本身的中性分子形式在水相与有机相之间转移而分配的
①萃取剂: HA或H2A，它在水相与有机相都有一定的溶 解度。
②在水相中金属离子以阳离子Mn＋形式存在，或以能离 解出Mn＋ 的络离子MLmn-mx(x为L的负价）形式存在。
③在水相中Mn+与HA或H2A生成中性螯合物MAn或M(HA)n形 式。
④生成的中性螯合物不含亲水基团，因而难溶于水，易 溶于有机溶剂，所以能被萃取。
｝ 磷酸三烷酯(RO)3PO、
一烷基膦酸二烷酯R(RO)2PO 二烷基瞵酸一烷酯R2(RO)PO 三烷基氧化膦R3PO 焦磷酸酯R4P2O7 PH3的有机衍生物(RO)3P。
如三苯氧基瞵是Cu+的特效萃取剂： CuCl / H2O－KCl / 10%(C6H5O)3 P － CCl4
（二）中性含氧萃取剂
酮、醚、醇、酯、醛等在弱酸性或HNO3溶液中萃 取金属盐。
如：异丁醇萃取UO2(NO3)2 中性络合物为UO2(NO3)2·（i-BU(OH)4）。
应注意：在强酸性溶液中上述萃取剂生成佯盐阳离 子，用于萃取金属络阴离子或酸根离子，不属于这 类萃取体系而属于离子缔合萃取体系。
（三）中性含氮萃取剂
如： 吡啶萃取Cu(SCN)2 生成中性络合物为Cu(SCN)2·(Py)2
二、中性络合萃取体系
特点：
① 被萃取物质是中性分子。
如：UO2(NO3)2 在水中存在形式：UO22＋ 、UO(NO3)+、UO2(NO3)3－
② 萃取剂本身也是中性分子 如：磷酸三丁酯(TBP)
③ 萃取剂与被萃取物质结合生成中性络合物 如：UO2(NO3)2 ·2TBP
按萃取剂性质不同分类:
（一）中性磷萃取剂
一简单分子萃取体系二中性络合萃取体系三螯合萃取体系四离子缔合物萃取体系五协同萃取体系一简单分子萃取体系特点1被萃取物质是以其本身的中性分子形式在水相与有机相之间转移而分配的
萃取化学原理与应用第二章、萃取剂与萃取体系
iii) 烷基膦酸单烷基酯：H3PO3中的一个-H和一个-OH被烷基化 2-乙基己基膦酸 2-乙基己基酯 (HEHEHP，P507) C4H9(C2H5)CHCH2(C4H9(C2H5)CHCH2O)(OH)P=O
iV) 酸性双磷萃取剂 (焦磷酸酯R4P2O7及类似物) RO(OH)PO-X-OP(HO)OR (X=O、CH2、CH2-CH2) 二辛基甲基双磷酸 H17C8O(OH)PO-CH2-OP(OH)C8H17
子具有酸性，属于酸性含磷萃取剂；有下列4类： i) 磷酸二烷基酯：磷酸二(2-乙基己基)酯 (HDEHP or D2EHP，P204) (C4H9(C2H5)CHCH2O)2(OH)P=O 双十二烷基磷酸 (C12H25O)2(OH)P=O
第二章、萃取剂与萃取体系(5)
ii) 磷酸一烷基酯：H3PO4分子中有一个-OH被烷基化 十二烷基磷酸 (DDPA) C12H25O(OH)2P=O
条件：螯合物萃取剂的种类很多，并不是所有螯合物都可以作为螯合萃
取剂，只有那些能够生物螯合物、易溶于有机溶剂、不易溶于水相的螯合
物，才能够成为螯合萃取剂。
特点：i) 至少有两个或两个以上、能够与金属离子形成萃合物的反应性
与功能性基团；ii) 有适当长度的疏水基团；iii) 与金属离子能够形成非常稳
定的；iV) 在适当条件下，萃取选择性好、分离系数高、能够达到很高的萃
取率。
不足之处：形成的螯合物因为过于稳定而难以反萃，给分离与纯化带来
困难；价格较贵。
第二章、萃取剂与萃取体系(7)
A. 含氧螯合物萃取剂
i) β-二酮螯合物的萃取剂 R-CO-CH2-CO-R
HAA：乙酰丙酮 CH3-CO-CH2-CO-CH3
HTTA：2-噻吩甲酰三氟丙酮
iV) 酸性双磷萃取剂 (焦磷酸酯R4P2O7及类似物) RO(OH)PO-X-OP(HO)OR (X=O、CH2、CH2-CH2) 二辛基甲基双磷酸 H17C8O(OH)PO-CH2-OP(OH)C8H17
子具有酸性，属于酸性含磷萃取剂；有下列4类： i) 磷酸二烷基酯：磷酸二(2-乙基己基)酯 (HDEHP or D2EHP，P204) (C4H9(C2H5)CHCH2O)2(OH)P=O 双十二烷基磷酸 (C12H25O)2(OH)P=O
第二章、萃取剂与萃取体系(5)
ii) 磷酸一烷基酯：H3PO4分子中有一个-OH被烷基化 十二烷基磷酸 (DDPA) C12H25O(OH)2P=O
条件：螯合物萃取剂的种类很多，并不是所有螯合物都可以作为螯合萃
取剂，只有那些能够生物螯合物、易溶于有机溶剂、不易溶于水相的螯合
物，才能够成为螯合萃取剂。
特点：i) 至少有两个或两个以上、能够与金属离子形成萃合物的反应性
与功能性基团；ii) 有适当长度的疏水基团；iii) 与金属离子能够形成非常稳
定的；iV) 在适当条件下，萃取选择性好、分离系数高、能够达到很高的萃
取率。
不足之处：形成的螯合物因为过于稳定而难以反萃，给分离与纯化带来
困难；价格较贵。
第二章、萃取剂与萃取体系(7)
A. 含氧螯合物萃取剂
i) β-二酮螯合物的萃取剂 R-CO-CH2-CO-R
HAA：乙酰丙酮 CH3-CO-CH2-CO-CH3
HTTA：2-噻吩甲酰三氟丙酮
化学教学设计萃取
化学教学设计萃取萃取是一种常用的化学分离技术，它主要是利用萃取剂提取物质，实现分离纯化的目的。
在化学教学中，萃取技术的教学设计是非常重要的。
本文将从以下几个方面进行探讨。
一、教材解析萃取是化学中常见的一种分离技术，广泛应用于化学合成、物质分离纯化等领域。
在教材上，萃取通常是在物理化学相关章节中进行介绍的。
在教学中，可以结合教材内容，让学生了解萃取技术的基本知识和相关应用，深化学生对化学反应机理、物质分离纯化基本原理的理解。
二、教学目标1.了解萃取技术的基本原理和分类方法。
2.掌握不同类型的萃取剂的性质，了解如何选择合适的萃取剂。
3.掌握萃取实验操作步骤及注意事项，能够正确地进行萃取实验。
4.学会分析实验结果，理解实验原理。
5.培养学生的实验技能和实验操作能力。
三、教学内容1.萃取剂的选择萃取剂是萃取过程中最重要的组成部分之一，不同萃取剂具有不同的性质和用途。
教学中可以从以下几个方面展开：(1) 萃取剂的分类：如极性萃取剂，非极性萃取剂等。
(2) 萃取剂的性质：介绍不同类型萃取剂的性质，如极性、溶解度、酸碱性等。
(3) 萃取剂的选择：根据样品属性选择合适的萃取剂。
2.萃取实验操作(1) 实验操作步骤：比如：样品制备、萃取操作、萃取剂的回收等。
(2) 注意事项：比如要注意实验安全、严格控制温度、溶剂用量等。
3.实验结果分析(1) 萃取实验结果：对已提取的物质进行检测、重复实验等步骤，确保萃取效果的客观性。
(2) 实验原理：通过实验结果分析，让学生了解萃取的基本原理，如质量守恒、反应平衡等。
四、教学方法1.理论教学法：讲授萃取技术的基本原理和分类方法。
2.实验教学法：实验教学是萃取技术的重点，建议在教学实验室中进行实验演示，让同学亲自操作实验。
3.案例分析法：通过案例的方式，让学生了解萃取技术在工业上的实际应用，培养学生独立思考和解决问题的能力。
五、教学评价教学评价是教学的重要环节，它可以调查学生对于萃取技术的水平、理解能力等方面的情况。
萃取技术
4、根据萃取剂的种类和形式不同
• 溶剂萃取：依靠在互不相溶的溶剂中分配系数的差异进行 分离的萃取法。
• 双水相萃取：依靠分离物在不相容性的高分子水溶液形成 的两相中的分配系数不同而分离的萃取。
• 反胶团萃取：利用反胶团进行的萃取分离方法。 • 凝胶萃取：将凝胶作为固态萃取剂，用于对溶液中大分子
物质的浓缩和净化 • 超临界萃取：利用某些流体在高于其临界压力和临界温度
图6-3多级逆流萃取流程
三、影响溶剂萃取的主要因素
（一）pH （二）温度 （三）无机盐 （四）萃取剂的选择
（一）pH
• 不论是物理萃取还是化学萃取，水相pH值对弱电解质分 配系数均具有显著影响。物理萃取时，弱酸性电解质的分 配系数随pH降低(即氢离子浓度增大)而增大，而弱碱性电 解质则正相反。例如青霉素是较强的有机酸，pH值对其 分配系数有很大影响。图6-4是pH值对青霉素及其他有机 酸分配系数的影响，很明显，在较低pH下有利于青霉素 在有机相中的分配，当pH大6.0时，青霉素几乎完全分配 于水相中。从图中可知，选择适当的pH，不仅有利于提 高青霉素的收率，还可根据共存杂质的性质和分配系数， 提高青霉素的萃取选择性。
二、溶剂萃取工艺流程
（一）单级萃取流程 （二）多级错流萃取流程 （三）多级逆流萃取流程
（一）单级萃取流程
• 只用一个混合器和一个分离器的萃取称为单级萃取。将原 料液与萃取剂一起加入萃取器内，并用搅拌器加以搅拌， 是两种液体充分混合，产物由一相转入另一相。经过萃取 后的溶液，流入分离器分离后得到萃取相和萃余相，最后 将萃取相送入回收器，将溶剂与产物进一步分离，回收得 到的溶剂仍可作萃取剂循环使用。见图6-1
• 多级错流萃取由于溶剂分别加入各级萃取器，故萃取推动 力较大，萃取效果较好，缺点是仍需加入大量的溶剂，因 而产品浓度低，需消耗较多的能量回收溶剂。
分离科学与技术
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.
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。
P’= He + Hd + Hn
Xe =He/P’ Xd = Hd/P’ Xn= Hn/P’
溶剂的质子接受强度分量 溶剂的给予强度分量 溶剂的偶极相互作用强度
两种溶剂中的P’值相同时，表明这两种溶剂的极性相同， 但若Xe大，表明接受质子的能力强，对于质子给予性物质的 溶解有较好选择性。
三个分量代表了溶剂对三种不同类型化合物的溶剂选择性 大小。
（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
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。应使用活度代替浓度计算。
选择一种极性溶剂和一种非极性溶剂，将二者按 不同比例混合，得到一系列不同极性的混合溶剂， 计算混合溶剂的极性参数p’；
研究目标物质在上述不同极性混合溶剂中的溶解 度，以最大溶解度对应的混合溶剂p’值可知溶质 的近似p’。
挑选具有不同选择性的另外一种极性溶剂替换原 极性溶剂，通过调整该极性溶剂的比例维持原p’， 从而找到溶解性和选择性都合适的溶剂。
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。
P’= He + Hd + Hn
Xe =He/P’ Xd = Hd/P’ Xn= Hn/P’
溶剂的质子接受强度分量 溶剂的给予强度分量 溶剂的偶极相互作用强度
两种溶剂中的P’值相同时，表明这两种溶剂的极性相同， 但若Xe大，表明接受质子的能力强，对于质子给予性物质的 溶解有较好选择性。
三个分量代表了溶剂对三种不同类型化合物的溶剂选择性 大小。
（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
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。应使用活度代替浓度计算。
选择一种极性溶剂和一种非极性溶剂，将二者按 不同比例混合，得到一系列不同极性的混合溶剂， 计算混合溶剂的极性参数p’；
研究目标物质在上述不同极性混合溶剂中的溶解 度，以最大溶解度对应的混合溶剂p’值可知溶质 的近似p’。
挑选具有不同选择性的另外一种极性溶剂替换原 极性溶剂，通过调整该极性溶剂的比例维持原p’， 从而找到溶解性和选择性都合适的溶剂。
萃取体系分类法
③ 鉮盐萃取：
• 四苯基鉮氯(C6H5)4As+Cl-能溶于水，与 某些较大的阴离子生成不溶于水的盐， 其中一部分被氯仿萃取。
ReO4 MnO4 TeO4 HgCl4
BF4 ZnCl4
SnCl6 CdCl4
• ④ 鏻盐萃取：四苯基鏻氯(C6H5)4P+Cl-与 ReO4-能形成被氯仿萃取的化合物。 • ⑤ 锑盐萃取：四苯基锑的阳离子与F-形成 的离子缔合物可被氯萃取。 • ⑥ 锍盐萃取：硫醇在强酸性溶液中可萃取 某些金属离子。 • 錪盐、锡盐、铅盐和（钅炭）盐等阴离子 萃取。
•
② 铵盐萃取：
• 萃取剂为伯胺、仲胺、叔胺等，它们在酸 性溶液中分别生成有机铵离子。 • 比如在H2SO4中，生成了RNH3+· HSO4-、 R2NH2+· HSO4-、 R3NH+· HSO4-。 • 萃取剂也可以是季铵盐R4N+Cl-，由于它已 经形成了阳离子，不需再与H+结合，所以 可以在中性、酸性或碱性溶液中萃取。 • 可以列入此类萃取的萃取剂还有吡啶、罗 丹明B、胍以及它的取代物等。
• 例如： • 用CCl4从水中萃取OsO4，也属于 简单分子萃取 • OsO4 ⁄H2O/CCl4
• OsO4在有机相中能聚合为( OsO4)4。 • OsO4在水相中有两性的电离平衡：
• 简单分子萃取又可按照被萃取性质的不同 分为： • (1)单质萃取； • (2)难电离无机化合物的萃取； • (3)有机化合物萃取。
（2）Morrison和Freiser的萃取体系分类法
编号 1 2
类
别
例
子
离子缔合体系 (1) (2) 螯合物体系
三辛胺在硫酸溶液中萃取六价铀 TBP从硝酸溶液中萃取硝酸铀酰
现代分离方法介绍——萃取
叁
萃取剂
• 什么是萃取剂？ 萃取剂是使那些亲水性溶质通过与萃取剂反应生成各 种类型的疏水性化后而易于进入有机相。 选择要求： • (1)具有至少一个萃取功能基团 • (2)具有足够的疏水性 • (3)良好的选择性 • (4)有较高的萃取容量 • (5)良好的物理性质
叁
萃取三步骤:
• 第一步,水相中的被萃取溶质与加入的萃取剂生成 可取化合物(也称萃合物,通常是配合物)。 • 第二步,在两相界面萃合物因疏水分配作用进入有 机相。 • 第三步,萃合物在有机相中发生化学反应(聚合、离 解、与其他组分反应等)。
单一分离就是将某 种化合物以纯物质 的形式从混合物中 分离出来。单一分 离有包括下面三种 方式
壹
单一分离分类
特定 组分 分离
多组 分相 互分 离
部分 分离
①多组分相互分离：使混合物中 所有组分都得到相互分离，全部 成为纯组分。 ②特定组分分离：将某一种感兴 趣的物质冲混合物中分离出来， 其余物质仍然混合在一起。 ③部分分离：指每种物质都存在 于被分开的几个部分中，对每一 个部分而言，是以某种物质为主， 还含有少量其他组分。
78
肆
实验仪器欣赏
• 高效液相色谱仪(HPLC)
• 色谱柱
肆
实验试剂
• 市售阿特拉津标准溶液(农业部环境 保护科研检测所)，浓度为 100ug/mL(溶于丙酮中) • 甲醇(色谱纯) • 二氯甲烷(色谱纯) • 无水硫酸钠(分析纯) • 氯化钠(分析纯)
肆
实验结论
用二氯甲烷液液萃取水中阿特拉津，
分离方法溶剂萃取
录 目
壹
分
贰
萃
叁
溶 剂 萃
肆
实 验 与 应 用
萃取分离法详解
剂中的溶解度 ；
• 相关规律：有机溶剂溶易于有机溶剂，极 性溶剂溶易于极性溶剂
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• 单级萃取对给定组分所能达到的萃取率（被萃组分 在萃取液中的量与原料液中的初始量的比值）较低
，往往不能满足工艺要求，为了提高萃取率，可以 采用多种方法：
• ①多级错流萃取。料液和各级萃余液都与新鲜的萃 取剂接触，可达较高萃取率。但萃取剂用量大，萃
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亲油基
亲水基
(a)
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乳化剂使乳状液稳定与以下因素有关： （1）降低油水表面张力，提高了体系的稳
定性； （2）界面膜形成； （3）界面电荷的影响； （4）介质黏度。
（一）单级萃取
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萃取因素E为
E
萃取相中溶 质总量 萃余相中溶质总量
C1VS C 2VF
K
VS VF
K
1 m
式中 VF——料液体积；Vs——萃取剂的体 积；C1——溶质在萃取液的浓度； C2— —溶质在萃余相的浓度；K——表观分配 系数； m——浓缩倍数
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1 18 100% 94.7%
18 1
若改用1/3体积丁醇萃取，
理论收率： 1
6
E
100%
18
85.7%
1/ 3 1
6
6 1
注：当分配系数相同而萃取剂用量减少时，其萃取
率下降。
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（二）多级错流萃取
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• 相关规律：有机溶剂溶易于有机溶剂，极 性溶剂溶易于极性溶剂
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• 单级萃取对给定组分所能达到的萃取率（被萃组分 在萃取液中的量与原料液中的初始量的比值）较低
，往往不能满足工艺要求，为了提高萃取率，可以 采用多种方法：
• ①多级错流萃取。料液和各级萃余液都与新鲜的萃 取剂接触，可达较高萃取率。但萃取剂用量大，萃
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亲油基
亲水基
(a)
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乳化剂使乳状液稳定与以下因素有关： （1）降低油水表面张力，提高了体系的稳
定性； （2）界面膜形成； （3）界面电荷的影响； （4）介质黏度。
（一）单级萃取
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萃取因素E为
E
萃取相中溶 质总量 萃余相中溶质总量
C1VS C 2VF
K
VS VF
K
1 m
式中 VF——料液体积；Vs——萃取剂的体 积；C1——溶质在萃取液的浓度； C2— —溶质在萃余相的浓度；K——表观分配 系数； m——浓缩倍数
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1 18 100% 94.7%
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若改用1/3体积丁醇萃取，
理论收率： 1
6
E
100%
18
85.7%
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注：当分配系数相同而萃取剂用量减少时，其萃取
率下降。
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（二）多级错流萃取
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萃取简介及技术
➢根据络合物的分级平衡理论，多合配位 体络合物在溶液中是逐级形成的，每一 步的络合反应都存在平衡。
MXn的各级络合物可用下列各反应式表示： βn称为络合物MXn的生成稳定常数，简称稳定 常数。
福劳内乌斯函数：
Yo
TM
M
n i0
i
(X
)i
1
1 ( X
)
2(X
)2
n
(X
)n
n
= 1
i ( X )i
• 有机相-有机溶剂 – 萃取剂
• 是一种能与被萃物作用生成一种不溶于水相而易溶于有 机相的化合物，从而使被萃物从水相转入有机相的有机 试剂。
• 萃合物：萃取剂与被萃取物发生化学反应生成的不易溶 于水相而易溶于有机相的化合物（通常是一种络合物） 称为萃合物。
– 稀释剂
• 指萃取剂溶于其中构成连续有机相的溶剂。例如磺化煤 油。稀释剂虽与被萃物不直接化合，但往往能影响萃取 剂的性能。（改善有机相的物理性质如：密度、粘度、 表面张力 ）
溶剂互溶规则
1. 相似性原理
– 结构相似的溶剂容易互相混溶，结构差别 较大的溶剂不易互溶。
表2－1 苯和酚在水中的溶解度
化合物
溶解度 克／100克水（20℃）
C6H5苯 C6H5OH（酚） 1.2－C6H4（OH）2
6.072 9.06 45.1
化合物
甲醇 乙醇 正丙醇 正丁醇 正戍醇 正已醇 正庚醇 正辛醇
溶剂的互溶性规律
1. AB型和N型溶剂几乎完全不互溶。
2. A型和B型溶剂混合前无氢键，混合后形成氢键， 故有利于完全互溶，如氯仿与丙酮。
3. AB型和A型，AB型和B型、AB型与AB型在混合前 后都有氢键形成，互溶度大小视混合前后氢键的强 弱及多少而定。
MXn的各级络合物可用下列各反应式表示： βn称为络合物MXn的生成稳定常数，简称稳定 常数。
福劳内乌斯函数：
Yo
TM
M
n i0
i
(X
)i
1
1 ( X
)
2(X
)2
n
(X
)n
n
= 1
i ( X )i
• 有机相-有机溶剂 – 萃取剂
• 是一种能与被萃物作用生成一种不溶于水相而易溶于有 机相的化合物，从而使被萃物从水相转入有机相的有机 试剂。
• 萃合物：萃取剂与被萃取物发生化学反应生成的不易溶 于水相而易溶于有机相的化合物（通常是一种络合物） 称为萃合物。
– 稀释剂
• 指萃取剂溶于其中构成连续有机相的溶剂。例如磺化煤 油。稀释剂虽与被萃物不直接化合，但往往能影响萃取 剂的性能。（改善有机相的物理性质如：密度、粘度、 表面张力 ）
溶剂互溶规则
1. 相似性原理
– 结构相似的溶剂容易互相混溶，结构差别 较大的溶剂不易互溶。
表2－1 苯和酚在水中的溶解度
化合物
溶解度 克／100克水（20℃）
C6H5苯 C6H5OH（酚） 1.2－C6H4（OH）2
6.072 9.06 45.1
化合物
甲醇 乙醇 正丙醇 正丁醇 正戍醇 正已醇 正庚醇 正辛醇
溶剂的互溶性规律
1. AB型和N型溶剂几乎完全不互溶。
2. A型和B型溶剂混合前无氢键，混合后形成氢键， 故有利于完全互溶，如氯仿与丙酮。
3. AB型和A型，AB型和B型、AB型与AB型在混合前 后都有氢键形成，互溶度大小视混合前后氢键的强 弱及多少而定。
生物分离工程第四章萃取
的物理量）
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二、分配定律与分配平衡
化学势是活度的函数：
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二、分配定律与分配平衡
所以，分配定律只有在较低浓度范围内成立。A是一个重要
的特征参数，与溶质浓度和两相性质有关。
• 分配系数：在多数情况下，溶质在各相中并非以一种分子
形态存在，特别是在化学萃取中，通常用溶质在两相中的 总浓度之比表示溶质的分配平衡，该比值称为分配系数。
到平衡时料液相和萃取相中溶质编的辑课浓件度。
17
三、液液萃取设备及其设计的理论基础
• 萃取因子或萃取因素E
溶质在萃取相和萃余相中数量（质量或物质的量）的比值
• 萃余分率（ ）：萃余相中溶质的数量与料液相中溶质的
初始数量之比。
• 收率或萃取分率：萃取相中溶质的数量与料液相中溶质
的初始数量之比。
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或
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14
二、分配定律与分配平衡
• 相比：指一个萃取体系中，一个液相和另一个液相的体积之
比。用R表示：
R = V1
V2
• 分离系数β（分离因子）
生物工程中料液一般含多种溶质，我们为了表示萃取剂对两 种溶质A和B的分离能力的大小，引入了分离系数：一定条件 下进行萃取分离时，被分离的两种组分的分配系数的比值。 是目标产物分离纯化程度的指标。
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3
一、基本概念
②萃取依据：萃取原理
a.物理萃取 b.化学萃取 • 物理萃取：溶质根据相似相容原理在两相间达到分配平 衡，萃取剂与溶质不发生化学反应（物理因素）。
• 化学萃取：利用脂溶性萃取剂与溶质之间发生化学反应 （如离子交换和络合反应）生成脂溶性复合分子实现溶 质向有机相的分配。
萃取分离讲解PPT课件
工艺条件的优化
总结词
工艺条件对萃取分离效果具有重要影响，优化工艺条件可以提高分离效率和纯 度。
详细描述
通过实验确定最佳的萃取温度、压力、搅拌速度和时间等工艺参数。根据实际 情况调整工艺条件，以实现高效、低能耗的分离过程。
新型萃取分离技术
总结词
随着科技的发展，新型萃取分离技术不断涌现，为复杂体系的分离提供了更多选 择。
压力
压力对液体的沸点和相平衡有影响，进而影响萃取分离效 果。加压可以提高萃取剂的溶解度，但也可能增加设备投 资和操作成本。
停留时间
萃取剂在料液中的停留时间也会影响分离效果，过短的停 留时间可能导致萃取不充分，而停留时间过长则可能引起 逆向扩散和萃取剂的损失。
料液的性质
浓度与组成
料液中目标物质的浓度和组成直接影 响萃取分离的效率和经济性。浓度越 高，分离效果通常越好，但也可能导 致萃取剂用量增加。
萃取分离讲解
目录
• 萃取分离简介 • 萃取分离过程 • 萃取分离设备 • 萃取分离的影响因素 • 萃取分离的优化与改进 • 萃取分离案例分析
01
萃取分离简介
定义与原理
定义
萃取分离是一种利用物质在两种不混 溶液体中的溶解度差异，将目标物质 从一种溶剂转移到另一种溶剂中的分 离技术。
原理
基于不同溶剂对目标物质的溶解度不 同，通过选择适当的溶剂，使目标物 质在两相之间进行有效的转移和分离。
萃取剂的密度和粘度对分离 效果也有影响，密度差异有 助于相的分离，而粘度过高 可能导致流动性能降低。
工艺条件
温度
温度对萃取分离过程的影响显著，温度升高通常能提高传 质速率，但也可能导致萃取剂分解或料液中物质的热分解 。
搅拌强度
萃取化学原理与应用第四章、中性络合萃取体系
i) 假设萃合物的组成为： Mw(NO3)y • mR3P=O • pH2O
ii) H2O的配位数：利用Karl Fisher滴定的方法进行确认
mR3P=O(O) + wMn+(a) + yNO3-(a)
Mw(NO3)y • mR3P=O(O)
Ke = [Mw(NO3)y•mR3P=O](O) / [R3P=O]m(O) [Mn+]w(a) [NO3-]y(a)
有机相中TBP的总浓度： CTBP(O) = [TBP](O) + ∑[TBP•jHNO3](O)
= [TBP](O) + ∑Βj[TBP](O) [HNO3]j(a)
= [TBP](O) (1 + ∑Βj[HNO3]j (a))
有机相中HNO3的总浓度 CHNO3(O) = [HNO3](O) + ∑j[TBP•jHNO3](O) = [HNO3](O) + ∑jΒj[TBP](O) [HNO3]j(a) = [HNO3](O) + [TBP](O)∑jΒj [HNO3]j (a)
实验思路如下：
i) 设计TBP的起始浓度为：0.1M、0.3M、0.5M、1M、2M、3M、纯 TBP；
ii) 设计HNO3的起始浓度为：0.1M、0.5M、1.05M、2.0M、3.0M、 4.0M、5.0M、…………….10M、12M;
iii) 让不同起始浓度TBP与不同起始浓度的HNO3混合、震荡、分相之后， 可以测得一系列平衡时水相中硝酸总浓度CHNO3(a)，以及相应的有机相中
HNO3对TBP的平均配位数ñ为
ñ = CHNO3(O)-[HNO3](O) / CTBP(O) = ∑jΒj[HNO3]j(a) / (1 + ∑Βj[HNO3]j(a))
化学知识点萃取方法总结
化学知识点萃取方法总结导言萃取是化学分离与提纯物质的一种重要方法。
它利用不同物质在不同溶剂中的溶解度差异，通过适当的溶剂选择和搅拌分离出需要的物质。
萃取方法在化学实验、工业生产、环境监测等领域都有广泛应用。
本文将综述常见的萃取方法，包括液-液萃取、固-液萃取和超临界流体萃取，分析其原理、特点和应用。
一、液-液萃取1.1 原理液-液萃取是指通过两种相互不溶的液体，根据不同物质在两相中的溶解度差异，使目标物质从原液体中转移到萃取液中的过程。
其实质是溶质在两种不同溶剂中的分配系数Kd差异。
通常用分配系数来定量描述萃取效果：\[K_d = \frac{[A]_o}{[A]_e}\]其中，[A]_o为溶液中溶质A的浓度，[A]_e为溶液中残留溶质A的浓度。
1.2 特点液-液萃取具有操作简单、效果显著、成本低廉的特点，适用于分离提纯有机物、萃取金属离子、分离提纯多肽等领域。
不过其局限性在于对于大批量物质的处理不太方便，并且有机溶剂的挥发性和有毒性是其应用的局限。
1.3 应用液-液萃取在化学实验室中常用于有机物的分离提纯，如提炼天然产物、从混合溶液中分离有机物等。
在工业上，液-液萃取应用广泛，如从煤气中提取甲醛、从煤焦油中提取芳烃、从金属矿石中提取金属等。
二、固-液萃取2.1 原理固-液萃取是指将溶质从固相物质中提取到液相溶剂中的过程。
其方法包括浸提法、搅拌法、超声波法等。
浸提法是将固体样品浸于适当的溶剂中，通过固液相间的质量传递使目标物质转移到溶剂中。
搅拌法和超声波法则是利用机械能和超声波能将溶质部分从固体中释放到液相中。
2.2 特点固-液萃取适用于提取天然产物、植物中的有效成分、环境中的有机污染物等。
其优点在于选择合适的溶剂可以避免有机溶剂挥发、局部毒性等问题，且提取效率高、成本低廉。
但固-液萃取也存在着固液相分离不完全、富集效率低等问题，需要结合其他方法来解决。
2.3 应用固-液萃取在药物提取、环境监测、食品加工等领域有着广泛应用。
萃取的基础理论
有时可简单用β表示分离系数。 分离系数β不是常数，随萃取条件的变化而变化。
第三节 萃取的理论基础
三、萃取等温线和萃取容量
1、萃取等温线 分配比是一个变数，水相中被萃取物浓度增加，则有机相中被萃物 的浓度也会相应发生变化。
在一定温度下，在萃取过程中，被萃取物质在两相的分配达到平衡 时，以该物质在有机相的浓度和它在水相的浓度关系作图，把这种 表明有机相与水相中的金属浓度变化的曲线称作萃取等温线。
水 相：被萃取物、其他杂质、添加剂，如络合剂、盐析剂 有机相：萃取剂、稀释剂、改制剂
表示方法：被萃取物（浓度范围）/水相组成/有机相组成 （萃合物分子式）
Ta+5,Nb+5（100g/L）/4MH2SO4,8MHF/80%TBP-煤油[H2Ta(Nb)F6·3TBP]
D TM TM
[M1] [M 2 ] [M
M1 M2 M33][ n ]Mn [M1]……[Mn] ：分别为各种形态的被萃物在有机相中的浓度 [M1]……[Mn] ：分别为各种形态的被萃物在水相中的浓度
分配比越大，表示该分子越容易被萃入有机相； 分配比是一个变数，随操作条件的不同而不同。
◆萃取剂浓度改变时，虽然等温线 的形状大体相同，但在坐标中所 处的位置会有所改变。‘
第三节 萃取的理论基础
第三节 萃取的理论基础
2、萃取等温线的测绘方法 1）相比变化法(系列相比法）
保证温度恒定的条件 下，以同一种料液用 不同的相比分别进行 萃取试验，分析每个 萃取试验平衡后水相 与有机相中的被萃取 物浓度，以水相浓度 为x 轴，以有机相浓 度为y 轴绘图即可得 萃取等温线。
萃取饱和容量的单位为：克被萃取物／升有机相或克被萃 取物／摩尔萃取剂。
测定方法： 等温线外切线法 饱和法：用一份有机相同数份新鲜料液相接触，直到有 机相不再发生萃取作用为止，分析此时有机相所含被萃取 物的量则为饱和容量。
第三节 萃取的理论基础
三、萃取等温线和萃取容量
1、萃取等温线 分配比是一个变数，水相中被萃取物浓度增加，则有机相中被萃物 的浓度也会相应发生变化。
在一定温度下，在萃取过程中，被萃取物质在两相的分配达到平衡 时，以该物质在有机相的浓度和它在水相的浓度关系作图，把这种 表明有机相与水相中的金属浓度变化的曲线称作萃取等温线。
水 相：被萃取物、其他杂质、添加剂，如络合剂、盐析剂 有机相：萃取剂、稀释剂、改制剂
表示方法：被萃取物（浓度范围）/水相组成/有机相组成 （萃合物分子式）
Ta+5,Nb+5（100g/L）/4MH2SO4,8MHF/80%TBP-煤油[H2Ta(Nb)F6·3TBP]
D TM TM
[M1] [M 2 ] [M
M1 M2 M33][ n ]Mn [M1]……[Mn] ：分别为各种形态的被萃物在有机相中的浓度 [M1]……[Mn] ：分别为各种形态的被萃物在水相中的浓度
分配比越大，表示该分子越容易被萃入有机相； 分配比是一个变数，随操作条件的不同而不同。
◆萃取剂浓度改变时，虽然等温线 的形状大体相同，但在坐标中所 处的位置会有所改变。‘
第三节 萃取的理论基础
第三节 萃取的理论基础
2、萃取等温线的测绘方法 1）相比变化法(系列相比法）
保证温度恒定的条件 下，以同一种料液用 不同的相比分别进行 萃取试验，分析每个 萃取试验平衡后水相 与有机相中的被萃取 物浓度，以水相浓度 为x 轴，以有机相浓 度为y 轴绘图即可得 萃取等温线。
萃取饱和容量的单位为：克被萃取物／升有机相或克被萃 取物／摩尔萃取剂。
测定方法： 等温线外切线法 饱和法：用一份有机相同数份新鲜料液相接触，直到有 机相不再发生萃取作用为止，分析此时有机相所含被萃取 物的量则为饱和容量。
萃取体系分类法61页PPT
萃取体系分类法
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
高三化学萃取法知识点
高三化学萃取法知识点化学是一门研究物质组成、性质和变化的科学，而化学实验是学习和掌握化学知识的重要途径之一。
在高三化学学习中，萃取法是一个重要的实验技术和知识点。
本文将介绍高三化学中与萃取法相关的知识点，包括萃取法的概念、原理以及常见的应用实例。
一、萃取法的概念萃取法是一种用溶剂从混合物中分离各种组分的方法，它基于混合物中不同组分在不同溶剂中的溶解度差异。
萃取法被广泛应用于化学实验室和工业生产中，用于提取或分离特定的物质。
萃取法主要依赖于溶液中固体、液体或气体的分配系数。
分配系数(K)定义为溶质在两相溶剂中的浓度比，即K = [溶剂1中溶质浓度] / [溶剂2中溶质浓度]。
通过调整溶液的pH值、温度或使用特定溶剂，可以改变分配系数，从而实现对目标物质的萃取。
二、萃取法的原理1. 液-液萃取法液-液萃取法是萃取法中最常见的一种方法。
它利用两种不相溶的液体相接触而不混合的性质，将需要分离的物质从一个溶液转移到另一个溶液中。
常用的液-液萃取方法包括分液漏斗法、萃取柱法、液膜法等。
2. 固-液萃取法固-液萃取法适用于从固体样品中提取目标物质。
一般通过将固体样品浸泡在溶剂中，使目标物质溶解到溶液中，然后通过滤液、蒸发等方法，将固体与溶液分离。
3. 气-液萃取法气-液萃取法主要用于从气体中分离目标物质。
该方法常用于气体分析、空气净化等领域。
常见的气-液萃取方法包括吸取法、吸附法、洗涤法等。
三、常见的萃取法应用实例1. 醇酚萃取提取咖啡因醇酚萃取法是用醇类和酚类作为溶剂，将咖啡因从咖啡豆中提取出来的方法。
咖啡因在水中溶解度较大，而在醇酚溶剂中溶解度较小，因此可以通过醇酚的萃取来实现咖啡因的分离。
2. 液-液萃取分离有机酸液-液萃取法在有机酸的分离中得到了广泛应用。
如乙酸与正庚烷的分离，可以通过调节溶剂体系的pH值，使乙酸与正庚烷发生相分离，从而实现乙酸的分离和回收。
3. 石油化工中的萃取法应用在石油化工生产中，萃取法广泛应用于原料提纯、成品分离和废气处理等方面。
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• 又如乙醚萃取硝酸铀酰，是通过氢键形成“二 次溶剂化”， UO2 NO3 2 g H2O4 g4 C2H6 2 O
中性络合萃取的萃取剂主要有以下4类：
• （1）中性含磷萃取剂
• ①磷酸酯(RO)3PO、膦酸酯R(RO)2PO、次膦酸酯 R2(RO)PO和膦氧化物R3PO。 • ②焦磷酸酯R4P2O7及类似物，如
UO2 NO3 g4S UO2 NO3 gH 2Og3S UO2 NO3 g2H 2Og2S UO2 NO3 g3H 2OgS
②二次溶剂化：
• 萃取剂分子不是直接与金属离子结合，而是通过 氢键与第一配位层的分子相结合，则称为二次溶 剂化。 • 如，硝酸铀酰通过二次溶剂化生成的萃合物组成 为：
• 例如： • 用CCl4从水中萃取OsO4，也属于 简单分子萃取 • OsO4 ⁄H2O/CCl4
• OsO4在有机相中能聚合为( OsO4)4。 • OsO4在水相中有两性的电离平衡：
• 简单分子萃取又可按照被萃取性质的不同 分为： • (1)单质萃取； • (2)难电离无机化合物的萃取； • (3)有机化合物萃取。
UO2 NO3 2 g4H2OgnS n 4
（3）中性含氮溶剂
• 例如吡淀萃取Cu(SCN)2，生成的萃合物组成为 Cu(SCN)2· (Py)2，其结构式：
（4）中性含硫萃取剂
• 二甲基亚砜(CH3)2SO、二苯基亚砜 (C6H5)2SO等亚砜类化合物属于这类萃取剂。
3. 螯合萃取体系
（1）К у э н е л о в 的萃取体系分类法
编号 类 别 例 子
1
2 3
乙醚在盐酸溶液中萃取三价铁 作为某种盐的 (1) 形式被萃取 (2) 三辛胺在硫酸溶液中萃取六价铀
根据丧失亲水 8-羟基喹啉、铜铁试剂、β-双酮类螯合 性的萃取 剂等对金属离子的萃取 氯仿从水溶液中萃取碘 根据物理分配 (1) 元素萃取 (2) TBP从硝酸溶液中萃取硝酸铀酰
O O RO P X P OR OR OR
X代表O、CH2、CH2—CH2
• ③膦(PH3)的有机衍生物(RO)3P • 例如：三苯氧基膦是一价铜的特效萃取 剂，萃取体系 • CuCl2 / H2O-KCl / 10%(C6H6O)3P-CCl4 • ④磷硫酰类化合物(RO)3PS、R3PS • 例如：三丁基膦硫化物(C4H9)3PS、三辛 基膦硫化物(C8H17)3PS
• 它的特点是： • ①萃取剂是一弱酸HA或H2A，它既溶于有 机相也溶于水相，在两相之间有一定的分 配系数，但依赖于水相的组成，特别是水 相的pH值。 • ②在水相中金属离子以阳离子Mn+的形式， 或以能离解成Mn+的络离子的形式存在。 • ③在水相中Mn+与HA或H2A生成中性螯合物 MAn或M(HA)n等形式。
1. 简单分子萃取体系
• 特点： • 被萃物在水相和有机相中都以中性分子 的形式存在，溶剂与被萃物之间没有化学 结合，也不外加入萃取溶剂。 • 例如： • 萃取溶剂分子本身在水相和有机相中的分配
• • TBP⁄H2O ⁄煤油 HTTA ⁄ H2O ⁄ C6H6
• 在此类萃取过程中，并非不允许有任 何化学反应存在，如HTTA在水溶液中 就存在电离平衡：
• 按照底物不同划分：硝酸底液萃取，其它 强酸底液萃取，混合酸底液萃取，弱酸底 液萃取，中性和碱性底液萃取。
• 萃取体系比较合理的分类法：既要考虑萃 取剂的性质，又要考虑被萃取金属元素的 特征和底液性质。 • 即根据萃取机理或萃取过程中生成的萃合 物的性质来划分。 • 1962年徐光宪提出的分类法。
（2）中性含氧萃取剂
• 这类萃取剂包括酮、醚、醇、酯、醛等， 它们在硝酸或弱酸性溶液中萃取金属盐， 属于中性络合萃取类型。 • 按金属盐与萃取剂结合的方式，可分为一 次溶剂化和二次溶剂化两类。
①一次溶剂化：
• 当金属离子与萃取剂分子直接以配价键相结合时， 称为一次溶剂化。 • 如，乙醚等与硝酸铀酰的结合有以下四种组成：
（2）Morrison和Freiser的萃取体系分类法
编号 1 2
类
别
例
子
离子缔合体系 (1) (2) 螯合物体系
三辛胺在硫酸溶液中萃取六价铀 TBP从硝酸溶液中萃取硝酸铀酰
与第一种分类法中的丧失亲水性的萃 取相当
（3）Irving的萃取体系分类法
编号 1 2 类 别 例 子 氯仿从水溶液中萃取碘 以共价化合物 (1) 的形式萃取 (2) 四氯化碳从水溶液中萃取OsO4 以螯合物的形 大致与第1种分类法中的丧失水性萃取 式萃取 或与第2种分类法中的螯合体系相当， 但包括TBP萃取硝酸铀酰在内。
1.4 萃取体系分类法
• 萃取体系的范围非常广：被萃取元素从周 期表的IA族到VIIIB族，萃取剂的种类已达 几百种，水相介质的种类也很多。
• 萃取体系种类繁多 • 共性和个性
• 早期国外文献资料所用的萃取体系分类法 很不统一，主要有以下三种。
2. 中性络合萃取体系
• 萃取剂通过中性络合反应将被萃取物萃取到有机 相的化学萃取体系。 • 典型例子： • TBP从低浓度硝酸溶液中萃取硝酸铀酰。化学反 应式：
• • • •
中性络合萃取体系的特点： 1. 被萃取物是中性分子。如UO2(NO3)2 2. 萃取剂本身也是中性分子。如TBP 3. 萃取剂与被萃物结合，生成中性络合物。如 UO2(NO3)2· 2TBP
3
4
以无机酸及其 大致与第1种分类法的第1类相当 盐类或络合金 属酸萃取 [ReO4]大型阴离子或 氯仿萃取[(C6H5)4As]+· 阳离子萃取
萃取体系的其它分类法：
• 按萃取剂种类划分：P型（或磷型）萃取体 系；N型（或胺型）萃取体系，C型（或螯 合型）萃取体系，O型（或鎓盐型）萃取体 系。 • 按被萃取金属离子的外层电子构型来划分： 如5f区元素（即锕系元素）的萃取，4f区元 素（即镧系元素）的萃取，d区元素（即过 渡金属元素）的萃取，p区元素（即第Ⅲ至 Ⅷ主族元素）的萃取，s区元素（即碱金属 和碱土金属元素）的萃取。