分析化学_分析化学中常用的分离和富集方法

Vw 据分配 Co (m0 m1 ) / Vo 整理，m m 1 0 比定义 D DVo Vw 得 C m /V
w 1 w
萃取 n 次，同理可得
n 次萃取的萃取率
Vw mn m0 ( )n百度文库DVo Vw
1)、萃取一次 ， m1 = 0.0023 g ， 2)、分两次萃取，每次用50 mL 有机溶剂
2）萃取原则：少量多次 N
?
16
化学与环境工程系
Analytical Chemistry 分析化学
11.2.2
萃取分离的类型与条件
萃取类型 螯合物萃取 离子缔合物萃取 螯合物萃取 chelate extraction
O O C N N C CH3 Ni + 2 H+ C N N C CH3 O H O H
溶剂配合体系 例：磷酸三丁酯（tributylphosphate, TBP）对硝酸盐的萃取 Mn+ + n NO3- + m TBP = M(NO3)n· m(TBP) 被 TBP 萃取
HAc ,o
2 [ HAc]o 2[( HAc) 2 ]o [ HAc]o 2K p [ HAc]o [ HAc]o [ HAc]o
1 2K p [ HAc]o
HA,o 1 2K p [ HAc]o D KD KD HA, w 1 K a /[H ]
m0 mn E m0
E % = 98.8 结论 E % = 99.9
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例：用 CCl4 萃取 I2 (R=1) Vo =100 mL，m0 = 0.20 g， D = 85
m2 = 0.00011 g ，
化学与环境工程系
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结论：
1） 用同样量的萃取剂，分多次萃取比一次萃取 的效率高
Analytical Chemistry 分析化学
11.2 液-液萃取分离法
萃取分离法 在含有被分离物质的水溶液中，加入 萃取剂和与水不相混溶的有机溶剂，
震荡，利用物质在两相中的分配不同
的性质，使一些组分进入有机相中， 使另一些组分仍留在水相中，从而达
到分离的目的。
梨形分液漏斗
例：I2的萃取
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化学与环境工程系
H C6H5 N S Pb S C N N + 2H+ N C6H5
2 =1016
N C N C6H5 H
N
C6H5
Green
Red
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化学与环境工程系
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8-hydroquinoline and cupferron
ON N OH N O
8-hydroquinoline 8-羟基喹啉
简单分子萃取 溶剂配合萃取
生成螯合物的萃取
CH3 C N OH 2 CH3 C N OH + Ni
2+
CH3 CH3
被三氯甲烷萃取
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化学与环境工程系
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Dithizone 双硫腙
C6H5 N N 2CH 6 5 N H N N C
2+ SH + Pb
难以测定 可以测定
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化学与环境工程系
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分离效果
干扰成分减少至不再干扰 待测组分有效回收
样品中的待测组 分含量是未知的 如何测量回收率
回收率（ %） 分离后测量值100% 原始含量
Recovery
？
5
质量分数 > 1%，
质量分数 0.01% ~1%
分组 组试剂 Ⅰ HCl Ⅱ H2SO4 Ⅲ NH4Cl - NH3 Fe (III) Mn (II) Al Hg (II) Cr (III) Ⅳ NaOH Cu Mg Cd Co Ni Ⅴ 可溶组*
沉淀出 的离子
Ag Hg (I) (Pb)
Ca Sr Ba Pb
Na K Zn NH4+
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化学与环境工程系
下标
Water 在水相中 Organic 在有机相中
萃取平衡
[HA]o KD [HA]w
分配定律
KD——分配系数
热力学常数
分配比 distribution ratio
HA (w) Ka AHA (o) 缔合 (HA)i
条件分配系数
HA,o CHA,o [HA]o HA,o KD D HA, w CHA,w [HA]w HA, w
螯合物萃取中酸度的影响 Mn+ (w) + nHL(o)
n
Kex
[ML n ]o [H ]w [H ]wn D K ex n [HL]o n [M ]w [HL ]o
n
MLn(o)+ nH+ (w)
D K ex
[H ]w n
[HL]o n
如果考虑到M (w) 和 HL (o) 的副反应
D DR D R E D 1
100 99 1000 99.9
Vw 其中 R V o
称为相比
可近似地反映溶质浓缩的效率
100
10 91
D
1.0
增大萃取率
减小相比 增加萃取次数
0.01
√
0
50
100
E%
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化学与环境工程系
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多次萃取
设用 Vo mL 有机溶剂萃取 Vw mL中含量为 m0 的 A 物质，一 次萃取后剩余的 A 物质的量为 m1 g
——依据溶度积分步沉淀原理 通过控制 [OH-] 选择性沉淀分离
分离两性离子：Al, Zn, Cr, Sn, Pb, Sb不沉淀 分离络氨离子：Ag, Co, Ni, Zn, Cd, Cu, (Mg)不沉淀
沉淀：Al, Fe(III), Ti(IV), Th(IV), Bi …….
例如常见阳离子的两酸两碱分离 有机（酸碱）小分子的分离？
Analytical Chemistry 分析化学
例：在酸性介质中高分子胺对络阴离子的萃取 R3N(o) + HA = R3N+HA- (o) R3N+HA- (o) + B- = R3N+ HB- (o) + A简单分子萃取体系 某些共价无机化合物，例如 I2, Cl2等，它们在水溶液中主
要以分子形式存在，不带电荷，可用有机惰性溶剂萃取。
(CH3CH2)2O+H + FeCl4- = [(CH3CH2)2OH] +[FeCl4] 被 (CH3CH2)2O 萃取 例：碱性染料在酸性介质中萃取络阴离子 (CH3)2N S N(CH3)2 + 被苯、甲 苯等惰性 [BF ] 4
N
溶剂萃取 通常在酸性介质中进行
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次甲基蓝阳离子
化学与环境工程系
N Al(H2O)63+ + 3 OH O N Al + 3 H+ + 6 H2O
3 溶于CHCl3
亲水 水合离子的正电性被中 和，亲水的水分子被疏 水有机大分子取代
疏水
8-羟基喹啉
萃取剂
CHCl3
溶剂
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化学与环境工程系
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分配系数与分配比
分配系数 partition coefficient HA (w) HA (o)
Analytical Chemistry 分析化学
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化学与环境工程系
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11.2.1 萃取分离的基本原理 萃取分离的依据 hydrophilic 物质 hydrophobic 亲水性 离子型化合物 极性
相互转换 疏水性 共价键化合物 弱极性或非极性
萃取分离的实质
（自主研究学习）
常量组分的沉淀分离 微量组分的共沉淀分离与富集
11.2
液-液萃取分离法
萃取分离的基本原理 萃取分离的类型及条件 萃取分离的实验方法 萃取分离在分析化学中的应用 萃取分离技术的发展
2
11.2.1 11.2.2 11.2.3 11.2.4 11.2.5
化学与环境工程系
Analytical Chemistry 分析化学
将待萃取组分由亲水性转化为疏水性，使其萃入有机相中。 反萃取 例，8-羟基喹啉-CHCl3对Al 3+ 的萃取 Back extraction
萃取的反过程（将组分从有机溶液中萃取到水溶液中）
10
化学与环境工程系
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例，8-羟基喹啉-CHCl3对Al 3+ 的萃取
回收率 > 99.9 % 以上
回收率 > 99 %
质量分数 < 0.01 %，
回收率 > 95 % 或更低
化学与环境工程系
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常用分离方法
沉淀分离法 液-液萃取分离法
Precipitation Solvent extraction Ion exchange
D——分配比 条件常数
HA, w
HA,o
醋酸在苯和水中的分配
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化学与环境工程系
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醋酸在和水中的分配
HAc (w) Ka Ac-
HAc (o) Kp (HAc)2
HAc,w
[HAc] [Ac ]w Ka w 1 [HAc] [H ] w
K ex [HL]o n [ MLn ]o [HL]o D K ex n n n M ( w) HL [ M ]w [H ]w [H ]w (o)
Hg2
+
lgD ~ pH 100 E% E% ~ pH 50 控制酸度分别萃取 二苯硫腙-CCl4萃取 金属离子的萃取曲线
11.3
离子交换分离法
离子交换树脂 离子交换亲合力 离子交换分离操作方法 离子交换分离法的应用
柱色谱 纸色谱 薄层色谱
11.3.1 11.3.2 11.3.3 11.3.4
11.4
色谱分离法
11.4.1 11.4.2 11.4.3
11.5 气浮分离法
11.6 一些新的分离和富集方法简介
3
化学与环境工程系
Cupferron
铜铁试剂
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化学与环境工程系
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萃取平衡
o HL(o) KD(HL) w
用 HL 萃取金属离子 M，有如下平衡
MLn(o) KD(MLn) H+ + L-(w), nL-(w)+Mn+(w)
HL(w)
Ka
n
MLn
Mn+(w)+n (HL)(o)=MLn (o)+n H+(w)
0 0
Bi3+
Pb2+
Cd2+
2
4
6
8
10 pH
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离子缔合物萃取 ion association extraction 阳离子和阴离子通过静电引力相结合形成电中性疏水化合 物而被有机溶剂萃取。 M+(w) + A-(w) = M+A-(o) 例：HCl 介质中乙醚萃取FeCl4(CH3CH2)2O + H+ = (CH3CH2)2O+H
K ex K D ( MLn ) n K a ( HL ) K D ( HL )
n n
K ex
K D( MLn )
n [M n ]w [HL]o
K ex
20
[ML n ]o [H ]n w
n
K a( HL) n
K D( HL) n
化学与环境工程系
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离子交换分离法
色谱分离法
挥发和蒸馏分离法
Chromatography
Volatilization and distillation
6
化学与环境工程系
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沉淀分离与富集 氢氧化物沉淀分离
pH≥12，NaOH pH 8~9, NH3 pH 5~ 6, ZnO悬浊 液或有机碱
化学与环境工程系
Analytical Chemistry 分析化学
第11章
Methods for Separation and Enrichment (Concentrate)
1
化学与环境工程系
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11.1
概论
沉淀分离法
11.1.1 11.1.2 11.2.3
Analytical Chemistry 分析化学
11.1
概论 控制实验条件 干扰的消除 使用掩蔽剂
问题的提出 实际样品的复杂性
分离 separation
分析方法灵敏度的 局限性 例： 富集为 满足对灵敏 度的要求 选择灵敏度高 的方法 富集 enrichment
海水中 U （IV) 的测定 c = 1 ~ 3 g / L c = 100 ~ 200 g / L
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化学与环境工程系
Analytical Chemistry 分析化学
萃取率 The percent extracted
coVo mo 溶质在有机相中的量 E mo mw coVo cwVw 溶质的总量 co co c w c w Vw Vo
当 R = 1 时，
D E% 1 50