现代分离方法与技术第1章 ·绪论
现代仪器分析及材料研究方法(绪论)教材
原料（Raw Materials）与材料
由原料到材料 ※原料一般不是为获得产品，而是生产材料，往往伴随化 学变化。 ※材料的特点往往是为获得产品，一般从材料到产品的转 变过程不发生化学变化。
材料与物质(Materials and Matter)
※ 材料可由一种或多种物质组成。 ※ 同一物质由于制备方法或加工方法不同可以得到用途各异 、类型不同的材料。
现代仪器分析及材料研究方法
第一章 绪论
任祥忠 深圳大学化学与化工学院
1
（一）材料的定义 (Definition)
材料 Materials Material：材料科学 （工科）
物质科学 （理科） •Webster编著的“New International Dictionary（1971年） ”中关于材料（Materials）的定义为：材料是指用来制造某些 有形物体（如：机械、工具、建材、织物等的整体或部分）的 基本物质（如金属、木料、塑料、纤维、陶瓷等） •材料是指具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性状 的物质。
材料科学的发展趋势
1、从简单物质到复杂物质；随着对材料功能化要求的不断提高，构成材料
的基本物质也越来越倾向于从简单物质到复杂物质。
2、从简单结构到结构控制；对于同种材料，结构上的改变可以带来许多崭新
的功能，而对简单的结构加以调控，才可能使功能得到优化。
3、从粉体材料到器件材料；相对于粉体材料而言，当材料制备成器件后会具
冶炼方法——平炉、转炉、电炉、沸腾炉钢
铸铁 —
灰铸铁 可锻铸铁 球墨铸铁 蠕墨<4.5g/cm2） 铝、镁、纳、钙
• 重金属 （>4.58/cm2） 铜、镍、铅、锌
• 贵金属
金、银、铂、铑
化工分离过程_课后答案刘家祺
化⼯分离过程_课后答案刘家祺化学⼯程与⼯艺教学改⾰系列参考书分离过程例题与习题集叶庆国钟⽴梅主编化⼯学院化学⼯程教研室前⾔化学⼯程与⼯艺专业所在的化学⼯程与技术⼀级学科属于⼭东省“重中之重”学科，⼀直处于⼭东省领先地位，⽽分离⼯程是该专业⼆门重要的必修专业课程之⼀。
该课程利⽤物理化学、化⼯原理、化⼯热⼒学、传递过程原理等基础基础知识中有关相平衡热⼒学、动⼒学、分⼦及共聚集状态的微观机理，传热、传质和动量传递理论来研究化⼯⽣产实际中复杂物系分离和提纯技术。
传统的教学⽅法的突出的弊端就是⼿⼯计算⼯程量⼤，⽽且结果不准确。
同时由于现代化化学⼯业⽇趋集成化、⾃动化、连续化，学⽣能学到的东西越来越少。
所以，传统的教学模式不能满⾜现代化⼯业⽣产对⾼⽔平⼯业⼯程师的需求，开展分离⼯程课程教学⽅法与教学⼿段课题的研究与实践，对我们的学⽣能否承担起现代化学⼯业的重任，与该课程的教学质量关系重⼤，因此对该门课程进⾏教学改⾰具有深远意义。
分离⼯程课程的改⾰主要包括多媒体辅助教学课件的开发、分离⼯程例题与习题集、分离⼯程试题库的编写等⼯作。
⽬前全国各⾼校化学⼯程与⼯艺专业使⽤的教材⼀般均为由化学⼯程与⼯艺专业委员会组织编写的化⼯分离过程(陈洪钫主编，化学⼯业出版社)，其他类似的教材已出版了⼗余部。
这些教材有些还未配习题，即便有习题，也⽆参考答案，⽽⾄今没有⼀本与该课程相关的例题与习题集的出版。
因此编写这样⼀本学习参考书，既能发挥我校优势，⼜符合形势需要，填补参考书空⽩，具有良好的应⽤前景。
分离⼯程学习指导和习题集与课程内容紧密结合，习题贯穿⽬前已出版的相关教材，有解题过程和答案，部分题⽬提供多种解题思路及解题过程，为学⽣的课堂以及课后学习提供了有⼒指导。
编者2006 年3 ⽉⽬录第⼀章绪论 (1)第⼆章单级平衡过程 (5)第三章多组分精馏和特殊精馏 (18)第四章⽓体吸收 (23)第五章液液萃取 (26)第六章多组分多级分离的严格计算 (27)第七章吸附 (33)第⼋章结晶 (34)第九章膜分离 (35)第⼗章分离过程与设备的选择与放⼤ (36)第⼀章绪论1. 列出5 种使⽤ESA 和5 种使⽤MSA 的分离操作。
第一课现代分离技ppt
乳清中的乳清蛋质，大豆低聚糖和盐类，排放到自然水体会造 成污染，回收利用则变废为宝。借助于对浓缩相不断稀释的全 过滤，则可以获得蛋白质含量更高的乳清蛋白粉。此外，引入 超滤和反渗透组合技术，可以在浓缩乳清蛋白的同时，从膜的 透过液中除掉乳糖和灰分等，这样就大大扩大了全干乳清的应 用范围。引入超滤和反渗透后，乳清蛋白的质量明显提高。
1.1分离过程的演变历史
一、分离工程的起源
早在数千年前，人们已利用各种分离方法制作 许多人们生活和社会发展中需要的物质。例如，利 用日光蒸发海水结晶制盐；农产品的干燥；从矿石 中提炼铜、铁、金、银等金属；火药原料硫磺和木 炭的制造；从植物中提取药物；酿造葡萄酒时用布 袋过滤葡萄汁；制造蒸馏酒等等。
反应平衡常数 离解常数 反应速率常数 电离电势 ......
生物学性质
生物亲和力、生物吸附平衡、生物学 反应速率常数
第2章 料液的预处理与固液分离
2.1 预处理 2.2 固液分离
在化工生产过程中，原料液中除了含有目的物外， 往往还存在大量的未反应完全的反应物、原料带来的 杂质、催化剂、反应中间产物及副产物等组分。为了 得到目的物产品，常规的做法是首先将料液中的固形 悬浮颗粒或小液滴等非均相组分与可溶性组分分开。 此时，往往需要对原料进行预处理。
还有一种可以进行连续操作的分子筛，物料连续 进入填充床，分子筛可以只吸附固定体积的分子，再 释放，而将体积过大的分子拦住，石油气和天然气的 分离经常采用这种方式。
吸附作用是催化 、脱色、防毒等工业应用中必 不可少的单元操作。
常用的吸附剂是活性炭，活性炭的吸附是物理吸附和
化学吸附综合作用的结果。活性炭的吸附能力的大小 可用吸附量qe来衡量。
新型分离技术
应物存在于混合物中，则可利用化学反应将其从混合物中分离出来或直接把它去
掉。不是所有的化学反应都可以用于分离为目的的过程，分离过程常用的化学反
应：可逆反应、不可逆反应、分解反应。
1.3 新型分离技术的进展
新型分离技术在近 20 年发展迅速，新型分离技术大致可分为三类：
第一类：对传统分离过程或方法加以变革后的分离技术，如基于萃取的超临界流
原料：即被分离物，可以是单相或者 多相，但至少含有两个组分；
原料
分离装置
产物：即分离产品，通常为两股，也
产物
可为多股；
分离装置：是分离过程得以实现的必要物质装备，可以是某个特定装置，也可指
从原料到产品之间的整个流程。
按分离过程原理，可以分为机械分离、传质分离和反应分离三大类。
1.2.2 机械分离
利用机械力简单地将两相混合物相互分离的过程称为机械分离过程，分离对
基于萃取技术的液膜分离技术，传质比表面积大，且可利用化学反应和载体 促进传质，具有非常高的选择性和传质速率。
色谱萃取技术基于传统的吸附平衡机理，是利用组分在固定相和流动相内的 分配平衡差异进行分离的。吸附色谱的分离原理与吸附分离相似，而分配色谱则 与精馏相似。色谱之所以比吸收及精馏有高得多的分离效率是由于流动相和固定 相之间不断的接触平衡所造成的。装填好的色谱柱可从几百到上千的平衡级，特 别适用于精馏等过程难以分离的体系。
（1）传统分离与膜分离集成技术：膜分离技术与常规的反应或者分离方法 相耦合，组成集成技术。如膜分离分别与蒸馏、吸收、萃取等结合。
①精馏-渗透汽化集成技术：近 10 年来，采用亲水性渗透汽化与常规精馏过 程集成可将醇/水混合物中的水脱除，得到无水醇。
②渗透汽化-萃取集成技术：从有机物水溶液中萃取有机物或污水中除去有机 物，常用亲水和亲有机物渗透汽化膜与萃取结合过程。
现代交换原理与技术练习及答案
现代交换原理与技术练习题第1章绪论一、填空题7-1“竹信”就是用一根_________连结两个小竹筒，在竹筒的一方可以听见另一方小声说话的声音。
绳子7-2人类用电来传送信息的历史是由_________开始的。
电报7-3电报（Telegraph）是一种以_________________传送信息的方式，即所谓的数字方式。
符号（点、划）7-4“电信”是使用有线、无线、光或其它_____________系统的通信。
电磁7-5在电信系统中，信息是以电信号或___________信号的形式传输的。
光7-6交换设备的作用就是在需要通信的用户之间_________________，通信完毕拆除连接，这种设备就是我们今天常说的电路交换机。
建立连接7-7通信网由用户终端设备、_______________设备和传输设备组成。
交换7-8在由多台交换机组成的通信网中，信息由信源传送到信宿时，网络有___________连接和无连接两种工作方式。
面向7-9电路就是在通信系统中两个终端之间（有时须通过一个或多个交换节点）为了完成_____________传递而建立的通信路径。
信息7-10物理电路是终端设备之间为了传送信息而建立的一种________连接，终端之间可通过这种连接接收/发信息。
实7-11信息在通信网中的传送方式称为传送模式，它包括信息的复用、传输和________方式。
交换7-12时分复用，就是采用___________分割的方法，把一条高速数字信道分成若干条低速数字信道，构成同时传输多个低速数字信号的信道。
时间7-13交换技术从传统的电话交换技术发展到综合业务交换技术在内的现代交换技术，经历了人工交换、机电交换和_________交换三个阶段。
电子7-14电路交换技术是一种主要适用于_________业务的一种通信技术。
实时7-15分组交换采用的路由方式有数据报和_________两种。
虚电路7-16宽带交换技术就是指支持传输比特速率高于_________的交换技术。
分离工程绪论
1.2.2 速率分离过程
(1) 定义
是在某种推动力（浓度差，压力差，温度差，电位差
等）的作用下，有时在选择性透过膜的作用下，利用各
组分扩散速率的差异实现组分的分离。
(2) 特征
这类过程所处理的原料和产品通常属于同一形态，仅有组 成上的差异。
(3) 典型分离单元操作
膜分离-①超滤 ②反渗透 ③渗析 ④电渗析 ⑤气体渗透分离 ⑥液膜分离 热扩散 32
（4） 萃取 精馏
气体和液 体
溶剂改变 原溶液组 分的相对 挥发度
以苯酚作溶 剂由沸点相 近的非芳烃 中分离甲苯
27
1.2.1 平衡分离过程
（8）共沸精馏
名称
简图
原料 相态
分离媒介
产生相态或 MSA的相态
分离原理
工业应用实例
（ 8） 共沸精馏
汽、 液或 汽液 混合 物
液体共沸 剂（MSA） 和热量 （ESA）
平衡分离
均相混合物
速率分离
变成两相系统
原料与产品同一相， 仅组成不同 膜分离，超滤，反渗透， 渗析，电渗析,场分离
蒸发、精馏、吸收、萃取、结晶
本课程仅讨论传质分离过程。
21
1.2.1 平衡分离过程
能量媒介( ESA，energy separation agent ) - 热，功； 物质媒介（ MSA, matter separation agent）- 吸收剂，萃取剂。
原料：石脑油
沸程120～230 ℃
加氢重整后得到：轻油 非芳烃
苯 甲苯 二甲苯
高级芳烃 邻二甲苯 沸点℃ 144.411 间二甲苯 139.104
目的产物为 对二甲苯
对二甲苯 138.351
1绪论
物理性质
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、转变点、蒸气压、 溶解度、分配系数、吸附平衡
19
电、磁性质：
电导率、介电常数、迁移率、电荷、磁化率
17
结论：
分离有时是自发过程、混合有时也不能自发进
行；
总自由能决定体系是趋向分离、还是趋向混合，
即：
G总＝势能项＋熵项＝µ i＋RT lnai
均相体系中只存在浓度差
自发混合。
非均相体系中除浓度差外，还存在各种相互作
用（势能） 各组分趋向于分配在低势能相。 （自由能降低） 18
可被分离利用的物质性质
Q0A
Q为实际回收量 , Q0为理论回收量
欲回收组分的回收率都是越大越好。
确定回收率的大小要根据分离目的、分离组分的 浓度含量和分离费用等考虑。
25
常量组分 RA ≥0.999 微量组分(0.01—1%)
RA ≥0.99
痕量组分(＜10-4%
)
RA＞ 0.90
(0.95)
回收率的测量：采用标准参考物质，如标准样
▲ 电化学反应，如电沉积
▲ 生物反应，如BOD 可见，分离科学是一门综合学科！
22
按分离目的分类
要求高纯度、高回收率产物 规模：实验室；生产/工程 测定物质结构和性质的分离：高纯度； 但不一定要求高收率 要求“定量”概念，即考虑分离程度的 完全性；定量分离的可能性；简单快速； 分离结果具有良好的再现性
组分：A, B。。。 空间： （） 丰度：A “主成分”
生物分离技术：Chapter 1 生物分离工程概述
表1 通过发酵法生产的生物产品类别
Molecular type
Antibiotics Amino acids
Enzymes Organic acids and
solvents Vitamins, yeast, growth
factors, nucleotides Miscellaneous-dextrans,
学时 3学时 3学时 3学时 2学时 4学时 4学时 4学时 3学时 2学时 2学时
教材及参考书目
▪ 教材《新编生物工艺学》下册
俞俊棠
▪ 《生物分离原理及技术》
欧阳平凯
▪ 《生物分离工程》
孙彦
▪ 《生化分离工程》
严希康
▪ 《现代生物分离工程》
曹学君
▪ 《生物分离技术》
谭天伟
▪ 《Bioseparation Process Science》 Antonio
表2生物分离方法与化工分离方法的比较分离技术分离方法原理应用离心离心过滤离心沉降离心力筛分菌体泡沫分离泡沫分离汽液平衡细胞碎片膜分离微滤超滤纳滤反渗透压差筛分细胞萃取有机溶剂萃取双水相萃取超临界流体萃取液液平衡抗生素色谱凝胶色谱反相色谱离子交换色谱亲和色谱筛分分配平衡静电作用蛋白质电泳凝胶电泳等电点电泳筛分电荷核酸蛋白质结晶沉淀溶液结晶等电点沉淀液固平衡有机酸多肽大约80的化工分离方法可应用于生物分离技术中
时，还必须关注特定杂质的去除；
与传统的化学试剂的纯度概念不同，生物产 物对有害物质有严格的控制，生产过程也要求 有严格的管理，在最终产品中往往不允许有极 微量的有害杂质存在。
表 2 生物分离方法与化工分离方法的比较
分离技术 分离方法
原理
应用
离心 泡沫分离
现代分子生物学实验原理与技术
2.实验方案 1 基因操作实验的主要目的有三个：
①分离目的基因,获取DNA信息； ②分析基因结构； ③分析基因功能,
2 试验流程设计 首先,应确定使用怎样的研究方案； 其次,根据试验规模和研究室情况； 最后,根据研究人员生活规律确定试验时间,
3.实验方法 在设计实验方法时应考虑 ①能否达到实验目的； ②是否符合实验室现状； ③是否符合自己的喜好,
步骤：①胰蛋白酶8g
酵母提取物4g
三角瓶
NaCl 8g
②加双蒸水至800ml,混合均匀,
③高温高压灭菌,室温保存,
2 制作平板
材料：煤气灯或酒精灯
水平台面
1L三角瓶
铝箔纸
直径9cm的培养基
药匙
试剂
琼脂粉
步骤：①胰蛋白酶8g
酵母提取物4g
三角瓶
NaCl 8g
琼脂粉
②铝箔纸封口,混匀,灭菌, ③待冷却至60℃左右,分装至培养皿, ④水平台上凝固, ⑤倒置塑料袋中4℃保存,
烧,将初始培养菌转入大量培养基中,盖上 盖子,再灼烧瓶口,
④37℃震荡过夜, 3 菌落测定
平台期
对数生长期
诱0时
为指数生长期,A 6＞00 1.0 为平台期,A =1.6000为10 个/ml8,
①在煤气灯旁用微量移液器吸 培养液,转至Eppendrof管, ②打开分光光度计,调整波长 至600nm,
注意： 1、若需要加入抗生素,待冷却至60℃ ,分装前加 入, 2、直径9cm的平皿,每皿25ml为宜, 3、尽量缩短平皿开盖时间,分装的培养基很快凝 固,因此操作要快, 4、凝结在盖上的水珠可能至污染,故倒转存放, 5、氨苄青霉素易失活,添加后的平皿应在数 （ZHOU）内使用,
第1讲(绪论)
[(C2H5)2OH]+[FeCl4]的亲溶剂（疏水）势能驱使Fe3+进入乙醚相；
亲溶剂势能远大于浓度差化学势，所以，Fe3+进入乙醚相
1.3 分离过程的本质
结论：
分离有时是自发过程、混合有时也不能自发进行；
总自由能决定体系是趋向分离、还是趋向混合，即： G总＝势能项＋熵项＝µ i＋RT lnai 均相体系中只存在浓度差 自发混合。 非均相体系中除浓度差外，还存在各种相互作用（势能） 各组分趋向于分配在低势能相。（自由能降低）
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
和所用检测技术灵敏度的高低而定。
高灵敏度和高选择性检测方法无需富集；通常
富集100－1000倍即可。
1. 2. 3. 4.
分离富集技术的特点
分离对象种类繁多（所有天然和合成物质） 分离目的各不相同（检测、制备、定性定量） 分离规模差别很大（g级吨级） 分离技术形形色色（过滤、萃取、离心）
5. 应用领域极为广泛（生物医药、石油、化工）
1.1 分离科学及其研究内容
分离科学的研究内容
分离过程的共同规律
1.2 分离科学的意义
现代分离方法与技术复习资料
第1章绪论重点：1.3 分离过程的本质1.5 分离方法的评价§1.1 分离科学及其研究内容分离是利用混合物中各组分在物理性质或化学性质上的差异，通过适当的装置或方法，使各组分分配至不同空间区域或者不同时间依次分配至同一空间区域的过程。
分离科学研究内容：§1.3 分离过程的本质有效识别混合物中不同组分间物理、化学和生物学性质的差别(选择依据)，利用能够识别这些差别的分离介质或扩大这些差别的分离设备来实现组分间的分离或目标产物的纯化。
物理性质：分子形状、大小，溶解度、挥发性，分子极性即电荷性质，流动性等化学性质：分子间的相互作用，分子识别，化学反应等生物学性质：生物大分子之间的分子识别和特异性结合分离（separation）是利用混合物中各组分在物理性质或化学性质上的差异，通过适当的装置或方法，使各组分分配至不同的空间区域或在不同的时间依次分配至同一空间区域的过程。
实际上，分离是一个相对的概念，人们不可能将一种物质从混合物中100%地分离出来。
富集是指在分离过程中使目标化合物在某空间区域的浓度增加。
富集是分离的目的之一，需要借助分离的手段，富集与分离往往是同时实现。
浓缩指将溶液中的一部分溶剂蒸发掉，使溶液中存在的所有溶质的浓度都同等程度的提高的过程。
浓缩过程也是一个分离过程，是溶剂与溶质的相互分离，不同溶质并不相互分离，它们在溶液中的相对含量(摩尔分数)不变。
纯化是通过分离操作使目标产物纯度提高的过程，是进一步从目标产物中除去杂质的过程。
纯化的操作过程可以是同一分离方法反复使用，也可以是多种分离方法反复使用。
纯度是用来表示纯化产物主组分含量高低或所含杂质多少的一个概念。
注意纯是相对的，不是绝对的。
纯度越高，则纯化操作的成本越高。
物质的用途不同，对纯度的要求也不同。
富集、浓缩和纯化的区分根据目标组分在原始溶液中的相对含量（摩尔分数）的不同进行区分：§1.4 分离方法的分类常用到得分离方法：萃取分离法（包括溶剂萃取、胶团萃取、双水相萃取、超临界流体萃取、固相萃取、固相微萃取、溶剂微萃取等）、色谱分离方法、膜分离方法（包括渗析、微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析、膜萃取、膜吸收、渗透汽化、膜蒸馏等）、电化学分离法、沉淀分离法等。
现代分离方法与技术第1章·绪论
分离
分离（separation）是利用混合物中各组分在 物理性质或化学性质上的差异，通过适当的装置 或方法，使各组分分配至不同的空间区域或在不 同的时间依次分配至同一空间区域的过程。实际 上，分离是一个相对的概念，人们不可能将一种 物质从混合物中100%地分离出来。 分离是认识物质世界的必经之路；是各种分析技 术的前提。
实例三：Fe3+和Ti4+的混合实验
Fe3+ 6 mol/L的 HCl
Fe离子的亲溶剂势 能大于浓度差产生 的化学势
Ti4+
6 mol/L的 HCl
抽掉隔板
混合均匀
Fe3+、 Ti4+ 6 mol/L的HCl
均相体系中Fe3+和Ti4+的混合实验
抽掉隔板 乙醚，Fe3+ Ti4+ 6 mol/L的HCl
§1.3 分离过程的本质
宏观上看到的分离过程有时是自发的过程，混合 有时也不能自发进行。如何判断一个混合或分离 过程能否自发进行，要看整个过程（吉布斯）自 由能的变化。总自由能决定体系是趋向混合，还 是趋向分离。如果体系的总自由能降低，则混合 或分离可自发进行。
§1.3 分离过程的本质
分离有时是自发过程、混合有时也不能自发进 行。 总自由能决定体系是趋向分离、还是趋向混合。
分离的目的
（1）分析前样品处理：检测灵敏度、仪器的 需要 （2）结构鉴定：红外、核磁、质谱 （3）获取有用物质：天然产物提取分离 （4）除去有害物质：如除去废水中的重金属 （选择性吸附或沉淀分离法）
分离技术特点
（1）分离对象种类繁多：合成、天然 （2）分离的目的各不相同：一般工业上为了 获得有用物质；实验室是为了后续分析。 （3）分离规模差异很大：结构鉴定微克级、 工业生产上吨计的大规模分离纯化。 （4）分离技术形形色色：色谱技术为核心 （5）应用领域极为广泛：化工、医药、食品、 环境等，是推动其他学科发展的动力
分离答案一至三章
第一章绪论1. 什么是分离科学?1. 分离科学是研究被分离组分在空间移动和再分布的宏观和微观变化规律的一门学科，也可以说是研究分离、浓集和纯化物质的科学。
2. 简述分离科学研究的内容(1)研究各种表面上看来毫无联系的各分离方法之间的共同规律；(2)如何将现代科技中对分离和纯化要求最迫切的对象进行研究，以提高经济效益，解决生产中的关键问题；(3)将各种分离方法联用，研究最优化的分离条件；(4)分离出迄今尚未发现的新物质；(5)寻求新的分离原理及方法等。
3. 简述分离的本质分离是非自发过程，是负熵过程，因而需要提供能量。
利用物质特有的某些性质，才能加以分离。
4. 解释回收率与富集倍数，并指出分离与富集的差异?回收率——分离后得到的组分总量和原始样品中组分的总量之比。
富集倍数——被分离组分的回收率与基体回收率的比值。
100 ng / 100 mL 0.1 g吸附剂100 ng/5mL富集倍数为20分离——将待检测组分从混合物中提出，或将干扰组分从体系中移走。
目的是提高检测的专一性。
富集——将待检测组分从大量基体物质里集中到一较小体积的溶液。
目的是提高检测的灵敏度。
5. Giddings提出分离方法的依据是什么? 简述其分类方法，并举例.Giddings提出的分离方法的分类是基于迁移和平衡。
他认为迁移有两个控制因素：第一是化学势能（μ），它既控制了相对的迁移又控制了平衡的状态；第二是流（flow）这可以是气体流也可以是液体流或超临界流体流。
由于化学势6.分离分析：是从分析的角度将一个待分析样品中所需知道的组成分离出来，随后或在分离的同时对单个组分进行定性和定量分析。
分离方法是化学的基础也可以说是许多自然科学领域所经常采用的基本方法技术，几乎涵盖所有领域。
7. 简述使用和研究分离分析方法的必要性？1.分析样品中存在干扰物质2.待测组分在样品中分布不均匀3.痕量组分的含量低于检测方法的检测限4.无合适标准品5.样品的物理、化学状态不适合于直接测定6.样品有剧毒或有强放射性8. 简述色谱法的分离机理。
生物分离与纯化技术-绪论（邱玉华版）
⽣物分离与纯化技术-绪论（邱⽟华版）第⼀章绪论第⼀节⽣物分离纯化的概念与原理学习⽬标熟悉⽣物物质的概念、种类和来源；了解分离纯化技术并掌握其基本原理。
突飞猛进，⽇益成熟的现代⽣物技术，正在成为推动世界新技术⾰命的重要⼒量，其产业化发展必将对⼈类社会的经济发展和⽣活⽅式产⽣越来越⼤的影响。
⽣物技术产业主要制备具有⽣活活性的⽣物物质并使其商品化，利⽤专门的设备和技术将⽣物物质从⽣物原料中分离纯化出来并保持其活性，其中以复杂、周期长、影响因素多。
分离纯化技术是现代⽣物技术产业下游⼯艺过程的核⼼，是决定产品的安全、效⼒、收率和成本的技术基础，在⽣物技术产业中起着重要的作⽤。
⼀、⽣物物质及其来源1.⽣物物质“⽣物物质”这个词汇是在20世纪末随着⽣物技术的发展逐渐出现的，它指的是来源于⽣物中天然的或利⽤现代⽣物⼯程技术以⽣物为载体合成的，从氨基酸、多肽等低分⼦化合物到病毒、微⽣物活体制剂等具有复杂结构和成分的⼀类物质。
它们存在于⽣物体内直接参与⽣物机体新陈代谢过程，并能与⽣物各种机能产⽣⽣物活化效应，因此也称为⽣物活性物质，⽽在产业中的⽣物物质的制成品被称为⽣物产品。
⽣物物质的种类繁多，分布⼴。
按照其化学本质和特性分类，常见的有如下⼀些类型。
（1）氨基酸及其衍⽣物类主要包括天然氨基酸及其衍⽣物，这是⼀类结构简单、分⼦量⼩、易制备的⽣物物质，约有60多种。
⽬前主要⽣产的品种有⾕氨酸、赖氨酸、天冬氨酸、精氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸和⾊氨酸等，其中⾕氨酸的产量最⼤，约占氨基酸总量的80%左右。
（2）活性多肽类活性多肽是由多种氨基酸按⼀定顺序连接起来的多肽链化合物，分⼦量⼀般较⼩，多数⽆特定空间构像。
多肽在⽣物体内浓度很低，但活性很强，对机体⽣理功能的调节起着⾮常重要的作⽤，主要有多肽类激素，⽬前应⽤于临床的多肽药物已达20多种以上。
（3）蛋⽩质类这类⽣物物质主要由简单蛋⽩和结合蛋⽩（包括糖蛋⽩、脂蛋⽩、⾊蛋⽩等）。
【免费下载】现代分离技术课程教学大纲
《现代分离技术》课程教学大纲制定人：刘锡建教学团队审核人：陆杰开课学院审核人：饶品华课程代码：040384适用层次（本/专科）：本科总学时：32 学分：2 讲课学时：32 上机学时：0 实验学时：0 考核方式：考查成绩评定比例：平时（含期中）40 %+期末60 %先修课程：物理化学、分析化学、化工原理适用专业：化学工程与工艺教材：丁明玉，《现代分离方法与技术》（第二版），化学工业出版社, 2012主要参考书：1、陈欢林，《新型分离技术》，化学工业出版社，20052、刘茉娥，《膜分离技术》，化学工业出版社，20003、尹芳华，钟璟，《现代分离技术》，化学工业出版社，2009一、本课程在课程体系中的定位培养学生的解决化工过程中的分离问题能力。
二、教学目标1.培养学生了解化工分离方面的新技术和新发展。
2.培养学生掌握化工分离的原理和化工分离的技术方法。
3.培养学生利用现代分离技术解决化工过程中分离问题的能力。
三、教学效果通过本课程的学习，学生可具备：1.了解化工分离方面的新技术和新发展。
2.掌握化工分离的原理。
3.掌握化工分离的技术方法。
4.从经济和技术两个方面考虑选择合适的分离方法。
5.利用现代分离技术解决化工过程中分离问题的能力。
四、教学内容与教学效果对照表教学效果效果1效果2效果3效果4效果5教学内容绪论√分子间的相√√互作用与溶剂特性萃取分离法√√√√√色谱分离原√√√√√理制备色谱技√√√√√术膜分离√√√√√吸附与离子√√√√√交换五、教学内容和基本要求第一章绪论教学内容：分离科学及其研究内容、分离科学的重要的性、分离过程的本质、分离方法分类、分离方法的评价、分离技术的展望教学要求：1、了解《现代分离技术》课程的发展、性质、地位和作用；2、了解分离方法分类以及研究内容；3、掌握分离方法的评价；4、了解分离技术的发展方向。
重点难点：【本章重点】分离方法的评价、分离技术的发展方向。
第二章分子间的相互作用与溶剂特性教学内容：分子间的相互作用、物质的溶解与溶剂极性、疏水相互作用教学要求：1、掌握分子间存在的几种相互作用力；2、理解并掌握物质的溶解与溶剂极性；3、了解疏水相互作用；重点难点：【本章重点】分子间的几种相互作用力、物质的溶解与溶剂极性等之间的关系。
现代分离尼玛吐血整理草(完整版)
声明：此版本为现代分离尼玛吐血整理草之完整版，几乎涵盖全部所给重点，至于PPT 上紫色部分请同学们自行参照课件复习，由于此份资料内容较多请同学们根据自己的需要取其精华、去其糟粕，有选择得复习。
此资料版权没有，盗版不究！！！ 祝同学们考试顺利！！！---------王迪1、绪论部分 -- 分离的一些基本概念 富集：目标成分浓度在特定空间区域增加 浓缩：部分去除溶剂，所有成分浓度增加 纯化：目标产物中去除杂质，使纯度提高纯度：纯化产物中主组分含量高低或含杂质多少富集---目标成分（摩尔分数）<0.1 浓缩---目标成分（摩尔分数）0.1~0.9 纯化---目标成分（摩尔分数）>0.9回收率：分离过程中损失量的多少。
根据分离目的和经济价值要求回收率，通常1％以上常量组分回收率要求大于99％，痕量组分要求大于90％或95％。
标准加入法或标准样品法测定分离因子：两组分被分离的程度，A 目标成分，B 共存组分，则A 对B 分离因子为：回收率相差越大，分离效果越好。
分离前后两者的比例相差越大，分离效果越好。
富集倍数：通过分离将目标组分在样品中的摩尔分数提高的一个过程，基体组分摩尔分数降低。
富集对象通常都是含量百万分之几以下的微量和痕量组分，富集倍数视样品中组分的最初含量和后续分析中的检测技术的灵敏度高低而定。
2、热力学过程自发进行的方向判断：自由能变化B B AA B A B A Q Q Q Q R R S ,0,0,//==基体成分的回收率目标成分的回收率富集倍数=%1000⨯=Q QR化学势：物质迁移的动力和方向浓差扩散的原因：由于化学势的高低引起的。
浓差扩散是从浓度高的向浓度低的移动，极限达到平衡状态。
混合熵：相律： F ＝C －P ＋2＝1－P ＋2＝3－P3、动力学塔板高度的概念和意义：区带扩展指标XH 2σ=塔板数：HX N =222⎪⎭⎫ ⎝⎛==σσX X N分辨率(分离度)：两组分分离成功的最重要的指标是分辨率Rs 。
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§1.3 分离过程的本质
分离有时是自发过程、混合有时也不能自发进 行。
总自由能决定体系是趋向分离、还是趋向混合。 G总＝势能项＋熵项 ＝µi＋RT lnai
均相体系中只存在浓度差 自发混合 非均相体系中除浓度差外，还存在各种相互作
用（势能） 各组分趋向于分配在低势能相
分离过程中分子间相互作用
（2）各种分析技术的前提：去除干扰、提高 检测限（浓缩、富集）
（3）其他学科发展的基础：天然产物提取与 分离、环境科学、有机化学、食品科学等
（4）获取有用物质的手段：纯净水、精盐、 天然色素
§1.3 分离过程的本质
实例一：把食糖放入盛水的杯中，糖溶解后形成均一 的糖水溶液，这是一个混合过程。当要从溶液中把糖 取出时，需要对体系做功，如加热蒸发溶剂（水）， 这是一个分离过程。 糖和水的混合是一个自发进行的过程，而从溶液中取 出糖的过程则不能自发进行。因为： 糖和水的混合熵是增加的过程；从溶液中取出糖的过 程是减小的过程。
富集（enrichment）
富集是指在分离过程中使目标化合物在某空 间区域的浓度增加。
富集是分离的目的之一。富集需要借助分离 的手段，富集与分离往往是同时实现。
富集涉及目标溶质与其他溶质的分离。
浓缩(concentration)
浓缩指将溶液中的一部分溶剂蒸发掉，使溶 液中存在的所有溶质的浓度都同等程度的提 高的过程。
（1）物理分离法：利用物理性质，采用适当 的物理手段进行分离，如离心、蒸馏；
（2）化学分离法：按被分离组分化学性质差 异，通过适当的化学过程使其分离。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：按被分离组分的物理 化学性质差异进行分离。如电泳、区带熔融、 膜分离。
按分离过程的本质分类
（1）平衡分离过程 利用外加能量或分离剂使混合物体系形成两相界面，
通过两相界面的平衡关系使均相混合物得以分离。如液 -液萃取（达到平衡时的分配系数不同）；结晶（固-液 平衡）；蒸馏（液-气平衡） （2）速度差分离过程 利用外加能量，强化特殊梯度场（重力梯度、压力梯 度、温度梯度、浓度梯度、电位梯度等）。如高速或超 速离心强化离心力场，使用过滤材料强化不同物质移动 的速度差。电泳强化离子移动速度差等。一般用于非均 相混合物的分离。 （3）反应分离过程
析方法的选择
参考文献
1 丁玉明，现代分离方法与技术，化学工业出 版社，2013.6
2 石影、訾言勤，定量化学分离方法，中国矿 业大学出版社，2001.12
3 耿信笃，现代分离科学理论导引，西北大学 出版社，1990.6
4 陈欢林，新型分离技术，化学工业出版社， 2005.7
5 高庆宇，尹文萱，周同龄，耿汝波等，物质 分离与鉴定的方法与实验，中国矿业大学出 版社，2004.3
分离
分离（separation）是利用混合物中各组分在 物理性质或化学性质上的差异，通过适当的装置 或方法，使各组分分配至不同的空间区域或在不 同的时间依次分配至同一空间区域的过程。实际 上，分离是一个相对的概念，人们不可能将一种 物质从混合物中100%地分离出来。
分离是认识物质世界的必经之路；是各种分析技 术的前提。
分离的形式主要有两种：一种是组分离；另一种是 单一物质的分离。
组分离有时也称为族分离，它是将性质相近的一类 组分从复杂的混合物体系中分离出来。例如，石油 炼制过程中将轻油和重油等一类物质进行分离就属 于族分离。
单一物质的分离是将某种物质以纯物质的形式从混 合物中分离出来，比如从乳酸发酵液中获得纯度较 高的乳酸lactic acid，以及生物制药中从混合物 中获得特定的目标物等都属于这一类。
现代分离技术
Modern technology for separation
内容简介
第一章 绪 论 第二章 分离过程的热力学 第三章 分离过程的动力学 第四章 分子间相互作用与溶剂特性 第五章 萃取分离法 第六章 色谱分离原理
内容简介
第七章 制备色谱技术 第八章 膜分离 第九章 电化学分离法 第十章 其他分离技术 第十一章 分析鉴定方法与分离分
C2H5O C2H5 ＋ H+ (C2H5)2OH+ Fe3+ + 4 Cl FeCl4 (C2H5)2OH+ + FeCl4 [(C2H5)2OH]+[FeCl4]
对于Ti4+而言，主要亲水作用
1.3 分离过程的本质
Ti4+留在水相的原因：
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。 Fe3+进入乙醚相的原因： Fe3+的浓度差产生的化学势驱使Fe3+均匀分布在整个空间； [(C2H5)2OH]+[FeCl4]的亲溶剂（疏水）势能驱使Fe3+
6 刘镓祺、姜忠义、王春艳，分离过程与技术， 天津大学出版社，2001.12
Journal
† Nature. † J. Memb. Sci. † Ind. Eng. Chem. Res. † Chemical Engineering Science. † Separation Science and Technology. † Sep. Puri. Methods † Biotechnol. Bioeng. † CHEMTECH
Fe3+
6 mol/L的 HCl
Ti4+
6 mol/L的 HCl
抽掉隔板
混合均匀
Fe3+、 Ti4+ 6 mol/L的HCl
均相体系中Fe3+和Ti4+的混合实验
Fe3+、Ti4+
6 mol/L的 HCl
乙醚
抽掉隔板
乙醚，Fe3+ Ti4+ 6 mol/L的HCl
非均相体系中Fe3+和Ti4+的混合实验
浓度差对化学势的贡献属熵的贡献，熵增势能驱使Fe3+ 和Ti4+在整个体系范围内从有序向无序变化。
非均相体系中Fe3+和Ti4+的混合实验
乙醚与水不互溶而形成两相平衡后， Ti4+留在下 面的水相，而Fe3+进入上面的乙醚相中。在非均 相体系中，除了浓度差外，还有其它势能的作用。 结果：乙醚和水为互不相溶的两相。 Fe3+与乙醚生成离子缔合物：
静电相互作用（离子键或带电荷的分子） 范德华力（永久偶极作用、诱导偶极作用、色
散用
§1.4 分离方法的分类
按被分离物质的性质分类 按分离过程的本质分类
能量或分离剂
原料(混合物)
分离装置
目标产物 残余物
分离过程示意图
通常用于分离的物质性质
方法
富集 浓缩 纯化
被分离组分的摩尔分数
< 0.1 0.1~0.9
> 0.9
常用的分离方法
常用到得分离方法：盐析、萃取分离法（包 括溶剂萃取、胶团萃取、双水相萃取、超临 界流体萃取、固相萃取、固相微萃取、溶剂 微萃取等）、膜分离方法（包括渗析、微滤、 超滤、纳滤、反渗透、电渗析、膜萃取、膜 吸收、渗透汽化、膜蒸馏等）、层析方法 （离子交换层析、尺寸排阻层析、疏水层析、 固定化金属螯合亲和层析IMAC、亲和层析 等）、沉淀分离法、浮选分离法等。
由热力学第二定律可知, 混合过程是一个熵增加的过程, 它是一个自发过程, 而它的逆过程—— 分离过程, 则不 能自发地进行, 需要某种专门的过程和设备, 否则不可 能实现。
实例二：己烷和水的混合实验。
将己烷和水放在一个烧杯里，它们不能自发混合 形成均匀溶液；当剧烈搅拌（做功）时，则相互 分散，短时间内形成均匀溶液，一旦放置（停止 搅拌）则形成互不相溶的两相。在这个实例中， 我们看到混合过程不能自发进行，而（做功使之 混合后的）分离过程可以自发完成。
（2）研究基于不同分离原理的分离方法、分 离设备及其应用
分离的基本原则和要求
（1）分离因子尽可能的高；（回收率高） （2）消耗的分离材料、设备和能源费用尽可
能少； （3）分离操作简单、速度快； （4）分离纯度尽可能的高。
§1.2 分离科学的重要性
（1）认识物质世界的必经之路：获得纯物质、 鉴定结构、了解物理、化学性质
物理性质 化学性质
力学性质、电磁 密度、摩擦、表面张力、熔点、
性质、输送性质、沸点、临界点、溶解度、蒸汽压、
热力学性质
分配系数、吸附、电导率、扩散
系数
热力学性质、反 化学平衡常数、化学吸附平衡常
应速率
数、解离常数、反应速率常数、
电离电势
生物学性质
生物亲和力、生物吸附平衡、生 物学反应速率常数
按被分离物质的性质分类
工业生产上吨计的大规模分离纯化。 （4）分离技术形形色色：色谱技术为核心 （5）应用领域极为广泛：化工、医药、食品、
环境等，是推动其他学科发展的动力
分离科学的主要内容
（1）研究分离过程的共同规律，主要包括用 热力学原理讨论分离体系的功、能量和热的 转换关系，以及物质输运的方向和限度；用 动力学原理研究各种分离过程的速度与效率； 研究分离体系的化学平衡、相平衡和分配平 衡。（物理化学、化工原理）
纯化的操作过程可以是同一分离方法反复使 用，也可以是多种分离方法反复使用。
纯度（purity）
是用来表示纯化产物主组分含量高低或所含 杂质多少的一个概念。
纯是相对的，不是绝对的。纯度越高，则纯 化操作的成本越高。物质的用途不同，对纯 度的要求也不同。
富集、浓缩和纯化的区分
根据目标组分在原始溶液中的相对含量 （摩尔分数）的不同进行区分：