现代分离科学与技术.ppt
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《现代分离方法与技术》
《现代分离方法与技术》现代分离方法与技术是指在化学、物理、生物等领域中用于分离、纯化和富集目标物质的方法和技术。
随着科学技术的不断发展，现代分离方法与技术也在不断完善和创新，为各个领域的研究和应用提供了更多的选择和优化方案。
一、传统分离方法1.蒸馏法：是利用物质在不同温度下的沸点差异，通过升华、再凝结的方式达到分离纯化的目的。
常见的如常压蒸馏和高压蒸馏等。
2.结晶法：通过溶解物质在溶剂中的溶解度随温度变化的规律，将溶质从溶液中逐渐结晶出来，达到分离的目的。
3.萃取法：是利用溶剂对物质的选择性溶解性差异，将目标物质从混合物中抽提出来的一种方法。
4.离心法：是利用旋转离心机的高速旋转，利用离心力将混合物中的组分分离开来。
5.过滤法：利用过滤膜或过滤纸等过滤媒介，通过物理隔离的方法将固体颗粒从液体中分离出来。
二、现代分离方法与技术1.色谱法：是一种利用物质在固定相与流动相之间的差异相互作用，使不同组分分离的方法。
常见的有气相色谱法、液相色谱法、超临界流体色谱法等。
2.电泳法：是利用电场对带电粒子或分子的运动进行分离的方法，常见的有凝胶电泳、毛细管电泳、等电聚焦等。
3.膜分离法：是利用膜的多孔性或选择渗透性，将混合物中的组分通过膜的分离作用实现纯化和富集的方法。
常见的有微滤、超滤、纳滤、渗透、气体分离等。
4.不溶溶液分离法：基于溶质与溶剂之间的相容性产生的相互不溶而分离目标物质，例如冷沉淀法、沉淀法等。
5.扩散操作技术：利用渗透扩散，通过膜的渗透性，使得溶液中的分子在不同组分之间发生传递、富集和分离。
例如蒸发扩散、结晶扩散、渗透扩散等。
6.静态和动态分离技术：利用吸附剂对目标物质进行吸附，然后进行再生和分离的方法。
静态方法包括吸附剂固定在固定床上，动态方法则是通过流体对吸附剂进行冲洗和脱附。
7.色谱质谱联用技术：将色谱和质谱相结合，既可以获得分离和纯化的结果，又可以进行成分的鉴定和结构的分析。
以上只是现代分离方法与技术中的一部分，随着科学技术的不断更新和发展，还有更多的方法和技术会被引入和应用到分离领域。
现代分离技术-超临界流体、色谱
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带阴离子基团的， 如DEAE—（二 乙基胺乙基）和 QAE—（四级胺 乙基）等为阴离 子交换剂。
是指用交联剂使2个或者 更多的分子分别偶联从而
使这些分子结合在一起
离子交换层析只适用于能在水中解离的化合物，包括有机物和无机物。
4.3分配层析 （ distributi on chromatogra phy）
01
分配层析：是指在一个有两相存 在的系统中，利用不同物质的分 配系数不同而使其分离的方法。
02
在层析分离过程中，这两种互不 混溶的溶剂之一为流动相；
03
另一种是吸收在载体中的溶剂， 这种溶剂是键合在载体中，再层 析过程不流动，为固定相。
添加标题
与固定相相互作用力越弱的 组份，随流动相移动时受到 的阻滞作用小，向前移动的 速度快。
反之，与固定相相互作用越 强的组份，向前移动速度越 慢。
分布收集流出液，可得到样 品中所含的各单一组份，从 而达到将各组份分离的目的。
4.1.3原理、构成层析法的条件
色层法应具备的因素或条件是：
1. 具有两相 2. 混合物中各组分的物理化学性质有差
异 3. 多次冲洗或展开
4.1.4分类 按两相所处状态分类
二．按固定相的使用形式（即实验技术）分： 柱层析、纸上层析、薄层层析 二．按分离机制分（即物理化学性质）： 吸附层析、分配层析、离子交换层析、凝胶 过
滤、其它层析（如亲和层析）等。 二．按展开方式分： 洗脱法、迎头法、置换法
4.2◆吸附色层法（adsorption chromatography）
对于蛋白质、核酸、氨基酸及核苷酸的分离分析有极好的分辨力。
带阴离子基团的， 如DEAE—（二 乙基胺乙基）和 QAE—（四级胺 乙基）等为阴离 子交换剂。
是指用交联剂使2个或者 更多的分子分别偶联从而
使这些分子结合在一起
离子交换层析只适用于能在水中解离的化合物，包括有机物和无机物。
4.3分配层析 （ distributi on chromatogra phy）
01
分配层析：是指在一个有两相存 在的系统中，利用不同物质的分 配系数不同而使其分离的方法。
02
在层析分离过程中，这两种互不 混溶的溶剂之一为流动相；
03
另一种是吸收在载体中的溶剂， 这种溶剂是键合在载体中，再层 析过程不流动，为固定相。
添加标题
与固定相相互作用力越弱的 组份，随流动相移动时受到 的阻滞作用小，向前移动的 速度快。
反之，与固定相相互作用越 强的组份，向前移动速度越 慢。
分布收集流出液，可得到样 品中所含的各单一组份，从 而达到将各组份分离的目的。
4.1.3原理、构成层析法的条件
色层法应具备的因素或条件是：
1. 具有两相 2. 混合物中各组分的物理化学性质有差
异 3. 多次冲洗或展开
4.1.4分类 按两相所处状态分类
二．按固定相的使用形式（即实验技术）分： 柱层析、纸上层析、薄层层析 二．按分离机制分（即物理化学性质）： 吸附层析、分配层析、离子交换层析、凝胶 过
滤、其它层析（如亲和层析）等。 二．按展开方式分： 洗脱法、迎头法、置换法
4.2◆吸附色层法（adsorption chromatography）
对于蛋白质、核酸、氨基酸及核苷酸的分离分析有极好的分辨力。
现代分离方法与技术第7章 制备色谱技术
第7章 制备色谱技术
7.1 制备薄层色谱技术 7.2 常规柱色谱技术 7.3 加压液相色谱技术 7.4 逆流色谱法 7.5 超临界流体色谱法 7.6 模拟床移动色谱法 7.7 制备气相色谱法 7.8 径相色谱法 7.9 顶替色谱法 7.10 离子交换与吸附
制备色谱技术
制备色谱的特点：
最有效的制备性分离技术；
实验室规模、小批量生产、产业化制备；
不同领域产品量不一样，阐明化学结构和
生物活性，30－50 mg足够，分析用标准
品100 mg以上，有机合成通常需要g级以
上；
薄层色谱
柱色谱
制备色谱技术
7.1 制备薄层色谱技术
设备简单，操作方便、分离快速、灵敏度及 分辨率高； a. 切割谱带更加方便； b. 自动化：自动点样仪、自动程序展开仪、 薄层扫描仪、多种强制流动技术、多种联 用技术如傅立叶变换红外、拉曼、质谱等。
50-300
2-7
50-500
2-12
制备色谱技术
7.2 常规柱色谱技术
可使用较大直径的色谱柱，更多的固定相，
因此样品量可以更大；
分离速度较慢，样品可能被不可逆吸附；
不适合小颗粒的吸附剂？
改进方法：减压、加压等
制备色谱技术
柱色谱常用固定相
(1)硅胶：官能团和分子的几何形状，对异构
比表面积
制备色谱技术
大孔吸附树脂使用：
用前需预处理除去杂质：
回流法、水蒸气蒸馏法；
渗漉法----乙醇丙酮等有机溶剂湿法装柱，浸泡12
h后洗脱2-3倍柱体积，再浸泡3-5 h后洗脱2-3倍柱体
积，重复直到流出的有机溶剂与水混合不呈现白色乳 浊现象为止，用大量蒸馏水洗去乙醇即可。如单独采 用有机溶剂洗不尽杂质，则可用酸碱处理，2-5%盐 酸、2-5%NaOH溶液浸泡，洗脱，水洗。
7.1 制备薄层色谱技术 7.2 常规柱色谱技术 7.3 加压液相色谱技术 7.4 逆流色谱法 7.5 超临界流体色谱法 7.6 模拟床移动色谱法 7.7 制备气相色谱法 7.8 径相色谱法 7.9 顶替色谱法 7.10 离子交换与吸附
制备色谱技术
制备色谱的特点：
最有效的制备性分离技术；
实验室规模、小批量生产、产业化制备；
不同领域产品量不一样，阐明化学结构和
生物活性，30－50 mg足够，分析用标准
品100 mg以上，有机合成通常需要g级以
上；
薄层色谱
柱色谱
制备色谱技术
7.1 制备薄层色谱技术
设备简单，操作方便、分离快速、灵敏度及 分辨率高； a. 切割谱带更加方便； b. 自动化：自动点样仪、自动程序展开仪、 薄层扫描仪、多种强制流动技术、多种联 用技术如傅立叶变换红外、拉曼、质谱等。
50-300
2-7
50-500
2-12
制备色谱技术
7.2 常规柱色谱技术
可使用较大直径的色谱柱，更多的固定相，
因此样品量可以更大；
分离速度较慢，样品可能被不可逆吸附；
不适合小颗粒的吸附剂？
改进方法：减压、加压等
制备色谱技术
柱色谱常用固定相
(1)硅胶：官能团和分子的几何形状，对异构
比表面积
制备色谱技术
大孔吸附树脂使用：
用前需预处理除去杂质：
回流法、水蒸气蒸馏法；
渗漉法----乙醇丙酮等有机溶剂湿法装柱，浸泡12
h后洗脱2-3倍柱体积，再浸泡3-5 h后洗脱2-3倍柱体
积，重复直到流出的有机溶剂与水混合不呈现白色乳 浊现象为止，用大量蒸馏水洗去乙醇即可。如单独采 用有机溶剂洗不尽杂质，则可用酸碱处理，2-5%盐 酸、2-5%NaOH溶液浸泡，洗脱，水洗。
《现代分离方法与技术》复习资料
《现代分离方法与技术》复习资料分离：利用混合物中各组分在物理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者在不同的时间依次分配至同一空间区域的过程。
把混合物中某些组分或各组分彼此分开，或把混合物中各相间彼此分开的过程叫分离（化工词典）。
分离的目的1确认对象物质或准确测定其含量；2获取单一纯物质或某类物质以作它用；3浓缩（富集）某个或某类物质；4消除干扰，提高分析方法选择性和灵敏度。
分离科学;研究从混合物中分离、纯化或富集某些组分以获得相对纯物质的过程的规律、仪器制造技术及其应用的一门学科。
富集：通过分离，使目标组分在某空间区域的浓度增大。
分离与富集的关系：富集需要借助分离，即分离与富集是同时实现的。
富集与分离的目的不同，富集只是分离的目的之一。
浓缩：将溶剂部分分离，使溶质浓度提高的过程。
浓缩与富集的异同：浓缩时溶质相互之间不分离；富集往往伴随着浓缩，因为以富集为目的的分离最终都会设法使溶液体积减小。
纯化：通过分离使某种物质的纯度提高的过程。
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：方法被分离组分的摩尔分数富集 <0.1 浓缩0.1－0.9 纯化 >0.9分离科学的重要性：1分离是认识物质世界的必经之路2 分离是各种分析技术的前提3富集(分离)延伸了分析方法的检出限4 分离科学是其他学科发展的基础5分离科学提高了人类的生活品质回收率R＝实际回收量欲回收总量Q?100％Q0富集倍数＝待分离组分的回收率/基体回收率为什么要研究敞开体系?因为分离体系往往是敞开体系，如：研究多相中的某一相（相与相之间有物质进出）；色谱柱或固相萃取柱的某一小段，如一个理论塔板（段与段，或塔板之间有物质进出）；固定相或流动相（两相间有物质交换）；离子交换树脂表面的保留行为（树脂与淋洗液之间有物质交换）。
相平衡－相变化达到平衡，系统中各相之间没有物质传递，每相的组成与物质数量不随时间而变。
第一课现代分离技ppt
大豆分离蛋白生产过程中的乳清一直是环保治理的难点，
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。
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。
第二章 现代分离科学
第二章现代分离科学在分析化学的研究和应用中，虽然建立了大量有效的方法，但是这些方法能否解决所有的分析问题这一直是在考验分析化学研究人员的一个重大命题。
在自然世界，物质的存在有其必然的规律，我们面临的往往是复杂的研究对象，所谓复杂是指这些研究对象一般都是有多个组分共存的，而且，就物质世界本身的规律而言，越是容易共存的物质，其性质上就越接近，越难于区分。
另一类复杂物质就是人们为生产生活需要而人为故意制造的，也就是通常所谓的配方，出于达到某种效果的需要，可能添加的成分的范围非常广泛。
再则，象化工生产等过程也难于避免副反应的发生，产品中一般都含有一定量的杂质。
象这样的复杂样品对分析化学方法提出了特定的要求，这就是我们在讨论分析化学方法时必须提出的技术指标之一，即方法是否具有选择性。
如果方法具有很高的选择性，那就可以在复杂组分中检测出待测组分，整个分析过程就简单而快捷，因此在分析化学发展的历程中，人们开展了大量的研究工作以追求分析方法的选择性。
但是，任何事物都不以人的意志为转移，迄今为止，真正意义上具有高的选择性的方法并不多，一般的方法在测定中或多或少受到共存物质的干扰，甚至只能测定多种物质的总量而无法分别测定，这显然成为阻碍分析科学发展的一个重大瓶颈。
为解决这一问题，在分析化学发展的过程中，形成了形形色色的各种分离方法，所谓分离即指将各种共存物质彼此分开，从而达到不相互干扰测定的目的。
经典的分离方法包括沉淀、溶剂萃取、离子交换等，这些方法一般需要比较大量的样品和试剂，且以手工操作为主，程序比较复杂，对操作要求高，效率和精度均较差。
其后更为有效的分离方法如色谱（层析）占据了分离方法的主流，包括气相色谱、液相色谱等，作为自动化的分离手段，获得了较高的分离效率并方便了应用，而且这些技术还可以与检测技术联用，包括各种类型的检测装置如热学、电子、光学、电化学检测器及质谱检测器等，这样色谱分离技术就和检测技术结合为一体同时完成了分离和分析两大任务，因此色谱技术迅速发展成为分析科学领域一个重要的学科分支。
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。
新型分离技术 ppt课件
课件
4
概论：分离技术的作用和地位
分离装置的投资大
一般占炼油厂、石化厂投资的50％～90％
分离过程的能耗高
一般占化工厂总能耗的60％以上
分离技术为产品的质量把关
课件
5
概论：分离过程分类
（一）平衡分离过程
名称 蒸发 精馏 吸收 萃取 吸附 离子交换 萃取精馏
物料 液体 液或汽 气体 液体 气或液 液体 液体
课件
29
萃取剂作用的机理
萃取剂加入改变原组分分子间的作用力
分子间作用力的分类
物理作用力－范德华力（取向力、诱导力、色散力）
体现分子极化程度和分子体积的影响 组分受极性萃取剂分子作用产生的极化程度不同，如烯烃产生的
诱导偶极矩大于烷烃
分子间的物理作用力与分子体积有关，体积越小 ，作用力越大
properties Vapor （蒸气压） Adsorptivity（吸附率） Solubility（溶解度） Diffusivity（扩散率）
课件
10
概论:新型分离技术的类型
对传统分离技术改进、变革 而形成的新型分离技术
如：特殊精馏；
特殊萃取； 色谱分离技术； 分离过程节能技术和夹点技术
按极性大小排列（由弱到强）： 碳氢化合物－醚－醛－酮－酯－醇－乙二醇－水
根据相似物质溶于相似物质的规律选择 实例之一：对丙酮－甲醇体系，若要提高极性较低的丙酮的挥发
度，应加入极性强的水，若要提高极性较高的甲醇挥发度，应加 入极性小的碳氢化合物 实例之二：要除去有机溶液中微量的水，可加入碳氢化合物，提 高水的挥发度 实例之三：要分离有机溶液中的少量碳氢化合物，可加入水，提 高碳氢化合物的挥发度
色谱分离方法
此外，对于碱性物质可发生不可逆吸附。因此， 对一些碱性物质在使用硅胶进行层析时，有必要进行 预实验。
如在硅胶中拌入15％左右的硝酸银，这种加硝酸 银的硅胶对有机物中不饱和键有特殊的吸附性，因此 ，常用它分离一些不饱和化合物。
柱色谱（Column Chromatography）
3.2 洗脱剂的选择
选择原则：
凝胶 凝胶基质 珠
小分子 大分子
凝胶过滤层析过程示意图
凝胶色谱
❖ 单次展开法和多次展开法 ❖ 单向展开法和双向展开法
吸附色谱 显色
❖ 显色也称定位，即用某种方法使经色谱展开后的 混合物斑点呈现颜色，以便观察其位置
(1) 紫外线照射法 (2) 喷雾显色法 (3) 碘蒸汽显色法 (4) 生物显迹法
柱色谱
洗脱液
样品 填充物 玻璃柱
分部收集
柱色谱（Column Chromatography）
❖ 薄层色谱法选择的主要吸附剂为氧化铝、硅胶和聚酰 胺。色谱用的吸附剂要求一定的形状与粒度范围，不 同吸附剂用于分离不同类型的化合物。吸附剂还必须 具有一定的活度，活度太高或过低都不能使混合物各 组分得到有效的分离。
吸附色谱
展开剂
❖在吸附色谱中，组分的展开过程涉及吸附剂、被 分离化合物和溶剂三种之间的相互竞争。其基本 原则主要有两个：①展开剂对被分离组分有一定 的解吸能力，但又不能太大。②展开剂应该对被 分离的物质有一定的溶解度。
3.1 吸附剂的选择
实验室常用
氧化 铝
硅胶
氧化 活性 镁炭
吸附剂要求： 不能与被分离的物质和展开剂发生化学作用 吸附剂的粒度大小要均匀
柱色谱（Column Chromatography）
⑴ 氧化铝（alumina）
如在硅胶中拌入15％左右的硝酸银，这种加硝酸 银的硅胶对有机物中不饱和键有特殊的吸附性，因此 ，常用它分离一些不饱和化合物。
柱色谱（Column Chromatography）
3.2 洗脱剂的选择
选择原则：
凝胶 凝胶基质 珠
小分子 大分子
凝胶过滤层析过程示意图
凝胶色谱
❖ 单次展开法和多次展开法 ❖ 单向展开法和双向展开法
吸附色谱 显色
❖ 显色也称定位，即用某种方法使经色谱展开后的 混合物斑点呈现颜色，以便观察其位置
(1) 紫外线照射法 (2) 喷雾显色法 (3) 碘蒸汽显色法 (4) 生物显迹法
柱色谱
洗脱液
样品 填充物 玻璃柱
分部收集
柱色谱（Column Chromatography）
❖ 薄层色谱法选择的主要吸附剂为氧化铝、硅胶和聚酰 胺。色谱用的吸附剂要求一定的形状与粒度范围，不 同吸附剂用于分离不同类型的化合物。吸附剂还必须 具有一定的活度，活度太高或过低都不能使混合物各 组分得到有效的分离。
吸附色谱
展开剂
❖在吸附色谱中，组分的展开过程涉及吸附剂、被 分离化合物和溶剂三种之间的相互竞争。其基本 原则主要有两个：①展开剂对被分离组分有一定 的解吸能力，但又不能太大。②展开剂应该对被 分离的物质有一定的溶解度。
3.1 吸附剂的选择
实验室常用
氧化 铝
硅胶
氧化 活性 镁炭
吸附剂要求： 不能与被分离的物质和展开剂发生化学作用 吸附剂的粒度大小要均匀
柱色谱（Column Chromatography）
⑴ 氧化铝（alumina）
现代分离技术第三PPT课件
nyou 5.5(4W tR 1/'2)21(6W tRb' )2
H有效 = L／n有效
-
14
第三章 气相色谱
二、基本原理 2. 柱效率与分离度
“分离度”的提出---- n没有直接预示混合物中各组分是否获得分离， 只是说 n↑，柱效率↑；tR↑，Wb或W1/2↓，则n↑，组分在柱子中的分配 次数↑。
第三章 气相色谱
优点： ①适用于多组分混合物的分离（据报道毛细管柱最多可分离1000
多种组分）。 ②分离效率高（一般n为103, 毛细管柱n可达106), 灵敏度高 （10-
12g），分析速度快（几～十几分钟，物质在气相中传质快，达到平 衡所需时间短）。
③目前，GC与MS或IR联用，可使分离鉴定几乎在同时完成。
24
第三章 气相色谱
三、仪器装置
载
进
色
检
记
数
气
样
谱
测
录
据 处
源
器
柱
器
仪
理
钢瓶
减压阀
净化器 流量计
电位差计积分仪 (绘图仪)计算机
打印机
其中色谱柱、检测器、记录仪是气相色谱仪的主要组成部分。
-
25
第三章 气相色谱
三、仪器装置 1.色谱柱
色谱柱有填充柱和毛细管柱两大类： 填充柱 ---- 内径3～6mm,长1～3m,柱内填充涂有固定液的担体。 毛细管柱 ---- 内径～0.25mm,固定液以液膜形式润湿柱内壁。
对于能够形成氢键的物质，用能够形成氢键的固定液，如三乙醇胺、聚乙 二醇等。此时组分按形成氢键能力的大小分离，例如：一乙醇胺、二乙醇胺、 三乙醇胺的混合物：
-
29
H有效 = L／n有效
-
14
第三章 气相色谱
二、基本原理 2. 柱效率与分离度
“分离度”的提出---- n没有直接预示混合物中各组分是否获得分离， 只是说 n↑，柱效率↑；tR↑，Wb或W1/2↓，则n↑，组分在柱子中的分配 次数↑。
第三章 气相色谱
优点： ①适用于多组分混合物的分离（据报道毛细管柱最多可分离1000
多种组分）。 ②分离效率高（一般n为103, 毛细管柱n可达106), 灵敏度高 （10-
12g），分析速度快（几～十几分钟，物质在气相中传质快，达到平 衡所需时间短）。
③目前，GC与MS或IR联用，可使分离鉴定几乎在同时完成。
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第三章 气相色谱
三、仪器装置
载
进
色
检
记
数
气
样
谱
测
录
据 处
源
器
柱
器
仪
理
钢瓶
减压阀
净化器 流量计
电位差计积分仪 (绘图仪)计算机
打印机
其中色谱柱、检测器、记录仪是气相色谱仪的主要组成部分。
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第三章 气相色谱
三、仪器装置 1.色谱柱
色谱柱有填充柱和毛细管柱两大类： 填充柱 ---- 内径3～6mm,长1～3m,柱内填充涂有固定液的担体。 毛细管柱 ---- 内径～0.25mm,固定液以液膜形式润湿柱内壁。
对于能够形成氢键的物质，用能够形成氢键的固定液，如三乙醇胺、聚乙 二醇等。此时组分按形成氢键能力的大小分离，例如：一乙醇胺、二乙醇胺、 三乙醇胺的混合物：
-
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分离科学与技术 第一章 现代分离科学概论 现代分离科学与技术 教学课件
第三类：膜与传统分离相结合形成的分离技术（耦合与集成技术）：如 膜吸收（membrane-based absorption）、膜萃取（membrane-based extraction）、亲和超滤（affinity ultrafiltration) 、膜反应器 （membrane reaction）等。
现代分离科学与技术的发展趋势Leabharlann
利用方法间的共性，探讨方法间的联系和统一理论和数学 模式的表达 将新技术、新材料引入分析技术中，发展新分离原理和 方法; 解决现代科技和生产过程中重大的分离和纯化问题; 利用现代分析手段，如波谱、电镜、粒子束分析研究分 离过程机理，探讨分离过程动力学及其模型; 计算机模拟分离过程和数学模型的建立; 多种分离方法和技术联用，研究最优化分离条件; 分离发现新的重要物质; 利用电、磁、光、热等建立无污染的分离过程.
分离科学的研究内容
分离过程的共同规律
分离过程中的热力学动力学理论等
各种不同分离技术的分离原理方法设备与应用
①分离过程中的热力学; 功 能量 方向与限度 平衡 ②分离过程中的动力学; 溶质的迁移和扩散 速度与效 率 ③分离过程中发生在界面上的计量置换；
④平衡分离的分子学基础； ⑤疏水效应； ⑥分离过程中的最优化； ⑦分离方法的简介和比较
人们对“分离”一词的反应是强烈的，比如亲人间、朋
友间的分离大多是痛苦的。因此人类社会的分离要考虑是否
有必要。 物质分离也要考虑是否有必要，因为它是需要付出代价
的。
作为物质分离，在科学研究和工业生产中，在日常生活 中也无处不在。
日常生活中的分离
饮食起居:自来水(过滤);净水器（分离膜/吸附 剂）；泡茶（固体浸出法）;榨果汁 环境保护: 污水治理;垃圾分类； 医药卫生：抗菌素的纯化；血透; 病毒的分 离 能源:铀的富集
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
现代分离技术
行吸附，放出的吸附热量也大得多，与化学反应热数量 级相当，化学键结合能力强，不易脱附，所以化学吸附 是不可逆。
本节主要讨论是物理吸附分离过程。
（三）吸附剂
1. 吸附剂的特性参数 （1）比表面积a 指单位质量吸附剂所具有的吸附表面 积，单位为m2/g。 （2）吸附量Γ 指单位质量吸附剂所吸附的吸附质的量， 单位为μg/g或者μmol/g等。 （3）覆盖率θ 指吸附量变化，定义为实际吸附量与覆 盖单分子层时的吸附量比值。
移动床主要用于含烃类原料气中提取烯经类组分的，如从 甲烷、氢混合气体中提取乙烯；目前在糖液脱色，油品精制 中也在使用。
（四）模拟移动床 当固体吸附剂在床层内固定不动，而通过旋转阀的控
制将各段相应的溶液进出口连续地向上移动， 这和进出
口位置不动，保持固体吸附剂自上而下地移动的结果是一 样的，这就是多段串联模拟移动床。
吸附操作通常是在低温下进行，然后提高操作温度使
被吸附的组分脱附，这就是变温吸附过程。但由于固体吸 附剂传热性能较差，变温吸附过程的能量利用和操作效率 都较低。
在高压下进行吸附操作，吸附效率可显著提高，在低
压下进行脱附操作，就可将吸附质脱除的更干净，这就是 变压吸附操作。变压吸附操作要比变温吸附操作经济、效 率高。
采用模拟移动床连续操作，吸附剂和解吸剂利用效率 高，吸附剂磨损消耗少，其用量仅为固定床的4%，解吸 剂用量仅为固定床的一半，且产品浓度高，能耗小。模拟 移动床用于分离各种异构体，如分离芳烃中的对二甲苯， 间二甲苯，邻二甲苯，以及分离果糖、葡萄糖异构体等过 程。
（五）流化床吸附操作与流化床-移动床联合吸附 流化床吸附操作是使流体自下而上流动，流体的流速
降温和加压对吸附有利；反之，升温和减压有利于 脱附。 （二）吸附速率
本节主要讨论是物理吸附分离过程。
（三）吸附剂
1. 吸附剂的特性参数 （1）比表面积a 指单位质量吸附剂所具有的吸附表面 积，单位为m2/g。 （2）吸附量Γ 指单位质量吸附剂所吸附的吸附质的量， 单位为μg/g或者μmol/g等。 （3）覆盖率θ 指吸附量变化，定义为实际吸附量与覆 盖单分子层时的吸附量比值。
移动床主要用于含烃类原料气中提取烯经类组分的，如从 甲烷、氢混合气体中提取乙烯；目前在糖液脱色，油品精制 中也在使用。
（四）模拟移动床 当固体吸附剂在床层内固定不动，而通过旋转阀的控
制将各段相应的溶液进出口连续地向上移动， 这和进出
口位置不动，保持固体吸附剂自上而下地移动的结果是一 样的，这就是多段串联模拟移动床。
吸附操作通常是在低温下进行，然后提高操作温度使
被吸附的组分脱附，这就是变温吸附过程。但由于固体吸 附剂传热性能较差，变温吸附过程的能量利用和操作效率 都较低。
在高压下进行吸附操作，吸附效率可显著提高，在低
压下进行脱附操作，就可将吸附质脱除的更干净，这就是 变压吸附操作。变压吸附操作要比变温吸附操作经济、效 率高。
采用模拟移动床连续操作，吸附剂和解吸剂利用效率 高，吸附剂磨损消耗少，其用量仅为固定床的4%，解吸 剂用量仅为固定床的一半，且产品浓度高，能耗小。模拟 移动床用于分离各种异构体，如分离芳烃中的对二甲苯， 间二甲苯，邻二甲苯，以及分离果糖、葡萄糖异构体等过 程。
（五）流化床吸附操作与流化床-移动床联合吸附 流化床吸附操作是使流体自下而上流动，流体的流速
降温和加压对吸附有利；反之，升温和减压有利于 脱附。 （二）吸附速率
现代分离技术
但并非所有振动在红外光谱中都有吸收带 出现，若振动不引起分子偶极矩的变化，则在 红外光谱中观察不到相应的吸收峰。所以产生 红外吸收光谱的必要条件是： νIR = ν振动 振动≠0 一束连续改变波长的红外光照射样品→通 过样品槽的红外光在某些能引起分子振动的波 长（波数）范围内（峰位）被吸收→透光率 ↓→吸收强度（峰强度）↑
二、红外光谱在有机物结构测定中的应用 同一种有机官能团，可能出现在不同的化 合物中，尽管如此，其吸收频率总是出现在图 谱中的一定区域内，这表明某些官能团有比较 固定的吸收频率，可以作为鉴定官能团的依据 。因此，把这些吸收频率称为相应官能团的特 征频率或特征吸收谱带(p259)。 所有的有机物都有其特征的红外光谱。根 据红外光谱图中吸收峰的位置、强度以及形状 可以判断化合物中是否存在某些官能团，并进 而根据其它测定结果推断未知物的结构。
2.多原子分子的振动方式 (1)伸缩振动 (ν) 原子沿着键的轴线的伸展 和收缩，振动时键长变化，键角不变。 对称振动（νs） 不对称振动（νas） 例如：—CH2— 骨架振动（呼吸振动） 环状化合物的完全 对称伸缩振动，例如：苯环 (2)弯曲振动（变形振动，δ） 原子垂直 于键轴方向的振动，振动时键长不变，键角变 化。
(2)红外光谱的表示方法
用仪器按照波数（或波长）记录透射光强
度（或吸收光强度）→ 红外光谱图
横坐标：波数（，cm-1)
4 10 =
：波长， m
纵坐标：透光率（T/%）或吸光度（A）
(3)分子振动和红外吸收谱带强度 红外吸收谱带强度（简称峰强度）一般分 为强(T% 60, s)，中(T%：80 ~ 60, m)，弱 (T%> 80, w)，可变(v)和肩峰(sh)等。 ①强度与分子振动的对称性 对称性↑→偶 极矩变化↓→强度↓ 例如，芳香族化合物在1600cm-1附近有1 ~ 2 条吸收谱带，属于苯环的骨架伸缩振动。完全 对称的苯分子，吸收极弱，但如果苯环上有一 个氢原子被其它基团所取代，对称性被破坏， 吸收强度增强。
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Nanjing Agricultural University College of Food Science & Technology
1. 有关分离科学的专著 —— 中文
书 名：分离分析化学 作 者： 张文清 出版社： 华东理工大学出版社 出版时间： 2007.2
本书主要介绍和讨论试样的采集、处理和 分解，分离方法的选择以及八类分离方法 (包括沉淀分离法，萃取分离法，色层分 析法，离子交换分离法，电泳法，泡沫浮 选分离法，液相色谱分离法，膜分离法)， 对当前重要的分离方法的理论基础和实际 应用、最新的研究进展都作了较为深入的 介绍。
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1. 有关分离科学的专著 —— 中文
书 名：离心分离 作 者： 金绿松，林元喜 出版社： 化学工业出版社 出版时间： 2008.8
离心技术是利用不同物质之间的密度等差 异，用离心力场进行分离和提取的物理分 离分析技术，广泛用于生物学、医学、农 学、化学、化工等领域。本书对离心分离 技术从原理到实践进行了较详细的介绍， 尤其重点介绍了在生物学科研和生产中的 实例。因此，在离心分离技术的理论和实 际应用中，本书可起到工具书的作用。
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University College of Food Science & Technology
Nanjing Agricultural University College of Food Science & Technology
1. 有关分离科学的专著 —— 中文
书 名：溶剂萃取 作 者： 朱屯，李洲 出版社： 化学工业出版社 出版时间： 2008-1-1
本书简要介绍了溶剂萃取基础理论知识， 还分别重点论述了金属萃取的原理和应用、 制药和有机酸萃取工业应用、石油工业的 芳烃萃取、食品科学研究和工业的应用， 以及双水相萃取在绿色分离化学中的应用。 通过介绍溶剂萃取以及各种不同物质萃取 时的主要化学及物理原理和不同物料的工 业萃取过程及应用实例，可使读者能够掌 握萃取分离的基本原理和技术实质。
作 者： Meloan C E
出版社： Wiley
出版时间： 1999
本书详细介绍了分离的原理、设备和技术。 全书24章，包括了主要的分离方法，包括 相转变，提取，色谱，离子交换树脂，电 场，浮选，膜技术等。
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1. 有关分离科学的专著 —— 英文
书 名：Solid-Liquid Separation(4th edition) 作 者： SVAROVSKY L 出版社： Butterworth-Heinemann 出版时间： 2001
目录： 1. 介绍有关分离科学的专著(中英文各5本)，重点推介一本 2. 介绍有关分离科学的期刊(中英文各5本)，重点推介一本 3. 介绍与课题研究相关的分离技术
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1. 有关分离科学的专著 —— 英文
书 名：Separation Process Technology 作 者： Humphery J L 出版社： McGraw-Hill Professional Publishing 出版时间： 1997
本书关注最新的蒸馏、提取、吸收、 膜等技术，为从事化学、石油、制药、 食品行业的工程师、化学家、技术人 员提供分离方面的技术支持。
本书介绍了最新的固液分离和洗脱技术， 特别关注分离设备的选择和应用。过滤和 沉淀分离技术是本书特别深入讨论的话题。
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1. 有关分离科学的专著 —— 英文
书 名：Membrane Technology and
1. 有关分离科学的专著 —— 中文
书 名：分离工程 作 者： 叶庆国 出版社： 化学工业出版社 出版时间： 2009.2
本书简要介绍了分离过程的特征与分类、 分离过程的研究内容与研究方法，在此基 础上详细介绍了多组分分离基础、精馏、 气体吸收和解吸、多组分多级分离的严格 计算、分离过程及设备的效率与节能综合、 其它分离方法(包括吸附、离子交换、液液 萃取、反应精馏、膜分离)等内容。
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1. 有关分离科学的专著 —— 英文
书 名：Chemical Separations Principles,
Techniques, and Experiments
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1. 有关分离科学的专著 —— 中文
书 名：分离过程与设备 作 者： 袁惠新 出版社： 化学工业出版社 出版时间： 2008.3
本书全面介绍了各种分离技术及设备，包 括机械分离过程、离心分离、旋流分离、 浮选、过滤及电分离和扩散分离过程（蒸 发、蒸馏、干燥、吸收、萃取和膜分离）， 还介绍了分离过程的基本概念、一般原理、 评价方法、分离对象——混合物及其特性， 以及两相流颗粒动力学等。
Applications
作 者： BAKER R