化学中的分离方法讲稿.ppt

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1、关于化学中的分离方法第一页，讲稿共七十二页哦 在定量分析中，常遇到比较复杂的试样，在测定其中在定量分析中，常遇到比较复杂的试样，在测定其中某一组分时，共存的组分便会产生干扰，可通过控制分析某一组分时，共存的组分便会产生干扰，可通过控制分析条件或采用掩蔽法来消除干扰。若仍无法解决问题，就需条件或采用掩蔽法来消除干扰。若仍无法解决问题，就需要将待测定组分与干扰组分分离。在有些试样中，待测组要将待测定组分与干扰组分分离。在有些试样中，待测组分的含量较低，而现有测定方法的灵敏度又不够高，这时分的含量较低，而现有测定方法的灵敏度又不够高，这时必须先对待测组分进行富集，然后进行测定。富集过程也必须先对待测

2、组分进行富集，然后进行测定。富集过程也就是分离过程。就是分离过程。第二页，讲稿共七十二页哦 对分离的要求是分离得完全即干扰组分减少至不干扰被对分离的要求是分离得完全即干扰组分减少至不干扰被测组分的测定；被测组分在分离过程中的损失要小至可忽赂不测组分的测定；被测组分在分离过程中的损失要小至可忽赂不计；同时选用的分离富集方法应简便。计；同时选用的分离富集方法应简便。被测组分的损失，用回收率来衡量。被测组分的损失，用回收率来衡量。第三页，讲稿共七十二页哦沉淀分离法沉淀分离法挥发和蒸馏分离法挥发和蒸馏分离法液液萃取分离法液液萃取分离法离子交换分离法离子交换分离法色谱分离法等色谱分离法等第四页，讲稿共七

3、十二页哦15.1 沉淀分离法沉淀分离法 沉淀分离法是利用沉淀反应有选择地沉淀某些离子，沉淀分离法是利用沉淀反应有选择地沉淀某些离子，而其它离子则留于溶液中，从而达到分离的目的。而其它离子则留于溶液中，从而达到分离的目的。沉淀分离法的主要依据是沉淀分离法的主要依据是溶度积原理溶度积原理。第五页，讲稿共七十二页哦 1无机沉淀剂沉淀分离法无机沉淀剂沉淀分离法 氢氧化物沉淀分离氢氧化物沉淀分离 使离子形成氢氧化物沉淀使离子形成氢氧化物沉淀 如如Fe(OH)3、A1(OH)3、Mg(OH)2等等或含水氧化物或含水氧化物（如（如SiO2xH2O、WO3xH2O、Nb2O5xH2O、SnO2H2O等）等）第

4、六页，讲稿共七十二页哦 利用氢氧化物沉淀分离，关键在于根据实际情况，适当选择和利用氢氧化物沉淀分离，关键在于根据实际情况，适当选择和严格控制溶液的严格控制溶液的pH值。值。第七页，讲稿共七十二页哦氢氧化物沉淀分离时常用下列试剂来控制溶液的氢氧化物沉淀分离时常用下列试剂来控制溶液的pH值：值：NaOH溶液溶液：可控制：可控制pH值值12，常用于，常用于两性金属离子和非两性两性金属离子和非两性金属离子的分离金属离子的分离。许多非两性金属离子都生成氢氧化物沉淀，只有溶解度较大的钙、许多非两性金属离子都生成氢氧化物沉淀，只有溶解度较大的钙、锶等离子的氢氧化物才部分沉淀。锶等离子的氢氧化物才部分沉淀。两

5、性金属离子则生成含氧酸阴离子留在溶液中。两性金属离子则生成含氧酸阴离子留在溶液中。第八页，讲稿共七十二页哦 氨和氯化铵缓冲溶液氨和氯化铵缓冲溶液：将：将pH值控制在值控制在9左右，常用来沉淀不与左右，常用来沉淀不与NH3形成络离子的许多种金属离子，亦可使许多两性金属离子沉淀形成络离子的许多种金属离子，亦可使许多两性金属离子沉淀成氢氧化物沉淀。成氢氧化物沉淀。其他如醋酸和醋酸盐、六次甲基四胺和其共轭酸所组其他如醋酸和醋酸盐、六次甲基四胺和其共轭酸所组成的缓冲溶液等，可分别控制一定的成的缓冲溶液等，可分别控制一定的pH值，以进行沉淀分值，以进行沉淀分离。离。第九页，讲稿共七十二页哦利用难溶化合物的

6、悬浮液来控制利用难溶化合物的悬浮液来控制pH值：值：例如例如Zn20.1molL1时，时，利用利用ZnO悬浮液，可把溶液的悬浮液，可把溶液的pH值控制在值控制在5.56.5。第十页，讲稿共七十二页哦 氢氧化物沉淀分离法的优点是操作简便，适用面较宽。氢氧化物沉淀分离法的优点是操作简便，适用面较宽。缺点是大多数氢氧化物或含水氧化物的沉淀均是非晶形的，缺点是大多数氢氧化物或含水氧化物的沉淀均是非晶形的，因此表面积特别大，共沉淀现象严重，会使分析结果偏低，因此表面积特别大，共沉淀现象严重，会使分析结果偏低，或使收率偏低。或使收率偏低。第十一页，讲稿共七十二页哦硫化物沉淀分离法硫化物沉淀分离法 硫化物沉

7、淀分离所用的主要沉淀剂是硫化物沉淀分离所用的主要沉淀剂是H2S:控制适当的酸度，亦即控制控制适当的酸度，亦即控制S2，即可进行硫化物沉淀分离。，即可进行硫化物沉淀分离。第十二页，讲稿共七十二页哦硫代乙酰胺在酸性或碱性溶液中的水解反应：硫代乙酰胺在酸性或碱性溶液中的水解反应：第十三页，讲稿共七十二页哦2有机沉淀剂沉淀分离法有机沉淀剂沉淀分离法 选选择择性性和和灵灵敏敏度度较较高高，生生成成的的沉沉淀淀性性能能好好，显显示示了了有有机机沉淀剂的优越性，因而得到迅速的发展。沉淀剂的优越性，因而得到迅速的发展。有机沉淀剂与金属离子形成的沉淀主要有：有机沉淀剂与金属离子形成的沉淀主要有：螯合物沉淀，螯合

8、物沉淀，缔合物沉淀和三元络合物沉淀缔合物沉淀和三元络合物沉淀。第十四页，讲稿共七十二页哦 由于有机共沉淀剂一般是大分子物质，它的离子半径大，由于有机共沉淀剂一般是大分子物质，它的离子半径大，在其表面电荷密度较小，吸附杂质离子的能力较弱，因而选择在其表面电荷密度较小，吸附杂质离子的能力较弱，因而选择性较好。又由于它是大分子物质，分子体积大，形成沉淀的体性较好。又由于它是大分子物质，分子体积大，形成沉淀的体积亦较大，这对于痕量组分的富集很有利。另一方面，存在于积亦较大，这对于痕量组分的富集很有利。另一方面，存在于沉淀中的有机共沉淀剂，在沉淀后可藉灼烧而除去，不会影响沉淀中的有机共沉淀剂，在沉淀后可

9、藉灼烧而除去，不会影响以后的分析。以后的分析。第十五页，讲稿共七十二页哦15.2 溶剂萃取分离法溶剂萃取分离法 一、分配系数，分配比和萃取效率，分离因数一、分配系数，分配比和萃取效率，分离因数 这种分离方法是基于各种不同物质，在不同溶剂中分配这种分离方法是基于各种不同物质，在不同溶剂中分配系数大小不等这一客观规律。系数大小不等这一客观规律。第十六页，讲稿共七十二页哦 当溶质当溶质A同时接触两种互不混溶的溶剂时，如果一种是水，同时接触两种互不混溶的溶剂时，如果一种是水，一种是有机溶剂，一种是有机溶剂，A就分配在这两种溶剂中：就分配在这两种溶剂中：A水水 A有有当这个分配过程达到平衡时：当这个分配

10、过程达到平衡时：这个分配平衡中的平衡常数称这个分配平衡中的平衡常数称分配系数分配系数 第十七页，讲稿共七十二页哦分配比分配比D是存在于两相中的溶质的总浓度之比，即：是存在于两相中的溶质的总浓度之比，即：c代表溶质以各种形式存在的总浓度。只有在最简单的萃代表溶质以各种形式存在的总浓度。只有在最简单的萃取体系中，溶质在两相中的存在形式又完全相同时，取体系中，溶质在两相中的存在形式又完全相同时，DKD；在实际情况中在实际情况中DKD。第十八页，讲稿共七十二页哦 当溶质当溶质A的水溶液用有机溶剂萃取时，如已知水溶液的体积为的水溶液用有机溶剂萃取时，如已知水溶液的体积为V水，有机溶剂的体积为水，有机溶剂

11、的体积为V有，则萃取效率有，则萃取效率E(以百分率表示以百分率表示)应该等应该等于：于：第十九页，讲稿共七十二页哦 萃取效率由萃取效率由分配比分配比D和体积比和体积比V水水/V有有决定。决定。D愈大，萃取效率愈大，萃取效率愈高。如果愈高。如果D固定，减小固定，减小V水水/V有，即增加有机溶剂的用量，也可有，即增加有机溶剂的用量，也可提高萃取效率，但后者的效果不太显著。另一方面，增加有机溶剂提高萃取效率，但后者的效果不太显著。另一方面，增加有机溶剂的用量，将使萃取以后溶质在有机相中的浓度降低，不利于进一步的用量，将使萃取以后溶质在有机相中的浓度降低，不利于进一步的分离和测定。的分离和测定。在实际

12、工作中，对于分配比较小的溶质，常常采取分几次加入溶在实际工作中，对于分配比较小的溶质，常常采取分几次加入溶剂，连续几次萃取的办法，以提高萃取效率。剂，连续几次萃取的办法，以提高萃取效率。第二十页，讲稿共七十二页哦 设设D10，在原来水溶液中，在原来水溶液中A的浓度为的浓度为c0，体积为，体积为V水水，以有机溶，以有机溶剂剂(体积为体积为V有有)萃取之，达到平衡后水溶液中及有机溶剂相中萃取之，达到平衡后水溶液中及有机溶剂相中A的浓度的浓度各等于各等于c1和和c1，在分析工作中，一般常用等体积的溶剂来进行，在分析工作中，一般常用等体积的溶剂来进行萃取，当萃取，当V水水V有有时，在萃取一次后水溶液中

13、时，在萃取一次后水溶液中A的浓度的浓度c1可计算如下：可计算如下：第二十一页，讲稿共七十二页哦萃取两次后，水溶液中萃取两次后，水溶液中A的浓度为的浓度为c2，按照同样方法可得：，按照同样方法可得：第三次萃取后水溶液中第三次萃取后水溶液中A的浓度为的浓度为第二十二页，讲稿共七十二页哦 若不用连续萃取的办法，而是使用增加有机溶剂量的办法，若不用连续萃取的办法，而是使用增加有机溶剂量的办法，如使如使V有有10V水水，则萃取一次后水溶液中，则萃取一次后水溶液中A的浓度的浓度c1：第二十三页，讲稿共七十二页哦 为了达到分离目的，不但萃取效率要高，而且还要考虑共存为了达到分离目的，不但萃取效率要高，而且还

14、要考虑共存组分间的分离效果要好，一般用分离因数组分间的分离效果要好，一般用分离因数来表示分离效果。来表示分离效果。是是两种不同组分分配比的比值，即两种不同组分分配比的比值，即 如果如果DA和和DB相差很大，分离因数很大，两种物质可以定量分离；相差很大，分离因数很大，两种物质可以定量分离；如果如果DA和和DB相差不多，两种物质就难以完全分离。相差不多，两种物质就难以完全分离。第二十四页，讲稿共七十二页哦二、萃取体系的分类和萃取条件的选择二、萃取体系的分类和萃取条件的选择 大多数无机金属物质在水溶液中会离解成离子，因此，它很难溶大多数无机金属物质在水溶液中会离解成离子，因此，它很难溶于非极性或极性

15、弱的有机试剂，而不能被萃取。若使无机物进入有机于非极性或极性弱的有机试剂，而不能被萃取。若使无机物进入有机相，必须在水中加入某种试剂，将其生成不带电荷的、难溶于水而易相，必须在水中加入某种试剂，将其生成不带电荷的、难溶于水而易溶于有机溶剂的物质，这种试剂叫溶于有机溶剂的物质，这种试剂叫萃取剂萃取剂。根据被萃取组分与萃取剂所形成的可被萃取分子性质的不同，可根据被萃取组分与萃取剂所形成的可被萃取分子性质的不同，可把萃取体系分类如下把萃取体系分类如下:第二十五页，讲稿共七十二页哦1形成内络盐的萃取体系形成内络盐的萃取体系 所用萃取剂一般是有机弱酸，也是螯合剂。所用萃取剂一般是有机弱酸，也是螯合剂。例

16、如例如8羟基喹啉，可与羟基喹啉，可与Pd2、T13、Fe3、Ga3、In3、A13、Co2、Zn2，等离子螯合：，等离子螯合：所生成的螯合物难溶于水，可用有机溶剂氯仿萃取。所生成的螯合物难溶于水，可用有机溶剂氯仿萃取。第二十六页，讲稿共七十二页哦二硫腙二硫腙 它微溶于水，形成互变异构体，并可与它微溶于水，形成互变异构体，并可与Ag、Bi3、Cd2、Ga3、Hg2、Cu2、Co2等离子螯合。所生成的螯合物难溶于水，等离子螯合。所生成的螯合物难溶于水，可用可用CCl4萃取。萃取。乙酰基丙酮、铜试剂（二乙基胺二硫代甲酸钠）、丁二肟乙酰基丙酮、铜试剂（二乙基胺二硫代甲酸钠）、丁二肟都是常用的萃取剂。都

17、是常用的萃取剂。第二十七页，讲稿共七十二页哦 这类萃取剂如以这类萃取剂如以HR表示，它们与金属离子螯合和萃取过程表示，它们与金属离子螯合和萃取过程可简单表示如下：可简单表示如下：第二十八页，讲稿共七十二页哦 萃取剂萃取剂HR愈易离解，它与金属离子所形成的螯合物愈易离解，它与金属离子所形成的螯合物MeRn愈稳定；螯合物的分配系数愈大，而萃取剂的分配系数愈小，则愈稳定；螯合物的分配系数愈大，而萃取剂的分配系数愈小，则萃取愈容易进行，萃取效率愈高。萃取愈容易进行，萃取效率愈高。第二十九页，讲稿共七十二页哦2形成离子缔合物的萃取体系形成离子缔合物的萃取体系 属于这一类的是带不同电荷的离子，互相缔合成疏

18、水属于这一类的是带不同电荷的离子，互相缔合成疏水性的中性分于，而被有机溶剂所萃取。性的中性分于，而被有机溶剂所萃取。第三十页，讲稿共七十二页哦用乙醚从用乙醚从HCl溶液中萃取溶液中萃取Fe3+时，时，Fe3+与与Cl络合成络阴离子络合成络阴离子FeCl4。而溶剂乙醚可与溶液中的。而溶剂乙醚可与溶液中的H+结合成洋离子：结合成洋离子：洋离子与洋离子与FeCl4络阴离子缔合成中性分子洋盐：络阴离子缔合成中性分子洋盐：洋盐是疏水的，可被有机溶剂乙醚所萃取。在这类萃取体洋盐是疏水的，可被有机溶剂乙醚所萃取。在这类萃取体系中，溶剂分子参加到被萃取的分子中去，因此它既是溶剂又系中，溶剂分子参加到被萃取的分

19、子中去，因此它既是溶剂又是萃取剂。是萃取剂。第三十一页，讲稿共七十二页哦 在在HNO3溶液中，用磷酸三丁酯溶液中，用磷酸三丁酯(TBP)萃取萃取UO22+，也属于这，也属于这类。类。UO22+在水溶液中成水合离子在水溶液中成水合离子UO2(H2O)62+，由于磷酸三丁，由于磷酸三丁酯中的氧原子具有较强的配位能力，它能取代水合离子中的水酯中的氧原子具有较强的配位能力，它能取代水合离子中的水分子形成溶剂化离子，并与分子形成溶剂化离子，并与NO3缔合成疏水性的溶剂化分子缔合成疏水性的溶剂化分子UO2(TBP)6(NO3)2，而被磷酸三丁酯所萃取。，而被磷酸三丁酯所萃取。第三十二页，讲稿共七十二页哦

20、对于这类萃取体系，加入大量的与被萃取化合物具有相同阴离对于这类萃取体系，加入大量的与被萃取化合物具有相同阴离子的盐类，例如在子的盐类，例如在HNO3溶液中用磷酸三丁酯溶液中用磷酸三丁酯(TBP)萃取萃取UO22+时加时加入入NH4NO3，可显著地提高萃取效率，这种现象称盐析作用，加入的，可显著地提高萃取效率，这种现象称盐析作用，加入的盐类为盐析剂。盐类为盐析剂。第三十三页，讲稿共七十二页哦3形成三元配合物的萃取体系形成三元配合物的萃取体系 这是最近一二十年中新发展起来的一类萃取体系。由于三元这是最近一二十年中新发展起来的一类萃取体系。由于三元络合物具有选择性好、灵敏度高的特点，因而这类萃取体系

21、近年络合物具有选择性好、灵敏度高的特点，因而这类萃取体系近年来发展较快。例如为了萃取来发展较快。例如为了萃取Ag+，可使，可使Ag+与邻二氮杂菲络合成络阳与邻二氮杂菲络合成络阳离子，并与溴邻苯三酚红的阴离子缔合成三元络合物。在离子，并与溴邻苯三酚红的阴离子缔合成三元络合物。在pH为为7的缓的缓冲溶液中可用硝基苯萃取之，然后就在溶剂相中用光度法进行测定。冲溶液中可用硝基苯萃取之，然后就在溶剂相中用光度法进行测定。第三十四页，讲稿共七十二页哦15.3 层析分离法层析分离法 层析分离法又称色层分离法或色谱法，是一种物理化层析分离法又称色层分离法或色谱法，是一种物理化学分离方法。它是利用混合物中各组分

22、在两相（流动相和学分离方法。它是利用混合物中各组分在两相（流动相和固定相）中的分布程度的差异而达到分离目的的物理方法。固定相）中的分布程度的差异而达到分离目的的物理方法。层析分离法的最大特点是分离效率高，它能把各种性质极层析分离法的最大特点是分离效率高，它能把各种性质极相类似的组分彼此分离、而后分别加以测定因而是一类重要相类似的组分彼此分离、而后分别加以测定因而是一类重要而常用的分离手段。而常用的分离手段。第三十五页，讲稿共七十二页哦一、纸层析一、纸层析 1方法原理方法原理 纸层析法是根据不同物质在两相间的分配比不同而进行纸层析法是根据不同物质在两相间的分配比不同而进行分离的。分离的。第三十六

23、页，讲稿共七十二页哦第三十七页，讲稿共七十二页哦 纸层析法用滤纸作载体，将待分离的试液用毛细管滴在滤纸层析法用滤纸作载体，将待分离的试液用毛细管滴在滤纸的原点位置上，利用纸上吸着的水分作固定相，另取一有机纸的原点位置上，利用纸上吸着的水分作固定相，另取一有机溶剂作流动相溶剂作流动相(展开剂展开剂)。由于毛细管作用，流动相自下而上地。由于毛细管作用，流动相自下而上地不断上升。流动相上升时，与滤纸上的固定相相遇，这时被分不断上升。流动相上升时，与滤纸上的固定相相遇，这时被分离组分就在两相间一次又一次地分配离组分就在两相间一次又一次地分配(相当于一次又一次的萃取相当于一次又一次的萃取)。分配比大的组

24、分上升很快分配比小的组分上升得慢，从而。分配比大的组分上升很快分配比小的组分上升得慢，从而将它们逐个分开。经一定时间后取出滤纸，喷上显色剂显斑，将它们逐个分开。经一定时间后取出滤纸，喷上显色剂显斑，即可以得到色谱图。即可以得到色谱图。第三十八页，讲稿共七十二页哦2比移值比移值 通常用比移值通常用比移值(Rf)来衡量各组分的分离情况。来衡量各组分的分离情况。a为为斑斑点点中中心心到到原原点点的的距距离离(cm)，b为为溶溶剂剂前前沿沿到到原点的距离原点的距离(cm)。第三十九页，讲稿共七十二页哦 Rf值最大等于值最大等于1，即该组分随溶剂一起上升，也就是分，即该组分随溶剂一起上升，也就是分配比配

25、比D值非常大；值非常大；Rf值最小等于值最小等于0，即该组分基本上留在原，即该组分基本上留在原点不动，也就是分配比点不动，也就是分配比D值非常小。原则上讲，只要两组分值非常小。原则上讲，只要两组分的的Rf值有点差别，就能将它们分开。值有点差别，就能将它们分开。Rf值相差越大，分离效果越值相差越大，分离效果越好。好。第四十页，讲稿共七十二页哦二、薄层层析分离法二、薄层层析分离法 1方法原理方法原理 薄层层析分离法是将固定相吸附剂薄层层析分离法是将固定相吸附剂(例如硅胶、活性氧化铝、纤例如硅胶、活性氧化铝、纤维素等维素等)均匀地涂在玻璃板上制成薄层板，把试液点在薄层板的一端均匀地涂在玻璃板上制成薄

26、层板，把试液点在薄层板的一端距边缘一定距离处，然后将薄层板放入盛有展开剂的容器中使点距边缘一定距离处，然后将薄层板放入盛有展开剂的容器中使点有试样的一端浸入展开剂，由于薄层的毛细管作用，展开剂沿着吸有试样的一端浸入展开剂，由于薄层的毛细管作用，展开剂沿着吸附剂薄层上升，遇到试样时，试样就溶解在展开剂中并随展开剂上附剂薄层上升，遇到试样时，试样就溶解在展开剂中并随展开剂上升。升。第四十一页，讲稿共七十二页哦 在此过程中，试样中的各组分在固定相和流动相之间不断地发在此过程中，试样中的各组分在固定相和流动相之间不断地发生溶解、吸附、再溶解、再吸附的分配过程。易被吸附的物质移动生溶解、吸附、再溶解、再

27、吸附的分配过程。易被吸附的物质移动得慢些，较难吸附的物质移动得快些。经过一段时间后，不同物质得慢些，较难吸附的物质移动得快些。经过一段时间后，不同物质上升的距离不一样而形成相互分开的斑点从而达到分离。展开时间上升的距离不一样而形成相互分开的斑点从而达到分离。展开时间一般为几分钟至几十分钟。试样各组分分离情况也用比移值一般为几分钟至几十分钟。试样各组分分离情况也用比移值Rf来衡来衡量。量。第四十二页，讲稿共七十二页哦第四十三页，讲稿共七十二页哦 吸附剂和展开剂的一般选择原则是：非极性组分的分吸附剂和展开剂的一般选择原则是：非极性组分的分离，选用活性强的吸附剂，用非极性展开剂；极性组分的离，选用活

28、性强的吸附剂，用非极性展开剂；极性组分的分离，选用活性弱的吸附剂，用极性展开剂。实际工作中分离，选用活性弱的吸附剂，用极性展开剂。实际工作中要经过多次实验来确定。要经过多次实验来确定。第四十四页，讲稿共七十二页哦 2展开及定量方法展开及定量方法 从展开槽中取出薄层板，用铅笔标记溶剂前沿位置，并设法从展开槽中取出薄层板，用铅笔标记溶剂前沿位置，并设法确定各种被分离组分的位置。若被分离组分是有色组分则最简单；确定各种被分离组分的位置。若被分离组分是有色组分则最简单；若是无色组分，则喷洒一种试剂使各种被分离组分显色；若被分若是无色组分，则喷洒一种试剂使各种被分离组分显色；若被分离组分能与荧光指示剂发

29、生荧光则可在紫外光下观察，以确定离组分能与荧光指示剂发生荧光则可在紫外光下观察，以确定其位置。其位置。第四十五页，讲稿共七十二页哦 在薄层板上的待测组分，可通过测定斑点面积的大小和在薄层板上的待测组分，可通过测定斑点面积的大小和比较其颜色的深浅，与在同样条件下标准物质的斑点面积和比较其颜色的深浅，与在同样条件下标准物质的斑点面积和颜色相对照，进行半定量分析。或将吸附剂上的斑点刮下，颜色相对照，进行半定量分析。或将吸附剂上的斑点刮下，用适当溶剂将其溶解，再用适当方法测定其含量。此法结果用适当溶剂将其溶解，再用适当方法测定其含量。此法结果较准确但操作繁琐。还可采用光度计或荧光计直接测定斑较准确但操

30、作繁琐。还可采用光度计或荧光计直接测定斑点的吸光度或荧光强度，以确定待测物质的含量。点的吸光度或荧光强度，以确定待测物质的含量。第四十六页，讲稿共七十二页哦三、柱层析分离法三、柱层析分离法 将固体吸附剂如将固体吸附剂如Al2O3、硅酸、硅藻土等装在一根柱子里，将需分、硅酸、硅藻土等装在一根柱子里，将需分离的溶液样品由柱顶加入，溶液中的各组分将会被吸附在柱上端的固离的溶液样品由柱顶加入，溶液中的各组分将会被吸附在柱上端的固定相上。然后将流动相又称洗脱剂或展开剂从柱顶端加入、洗脱。随定相上。然后将流动相又称洗脱剂或展开剂从柱顶端加入、洗脱。随着展开剂由上而下的流动，被分离的组分将会在吸附剂表面不断

31、产生着展开剂由上而下的流动，被分离的组分将会在吸附剂表面不断产生吸附吸附解吸，再吸附解吸，再吸附解吸或溶解于固定液解吸或溶解于固定液溶解于流动相，再溶解溶解于流动相，再溶解于固定相于固定相溶解于流动相，再溶解于固定液溶解于流动相，再溶解于固定液再溶于流动相的过程。再溶于流动相的过程。由于两个组分溶解，吸附的性质的差异，因此，两组分在柱中的距离由于两个组分溶解，吸附的性质的差异，因此，两组分在柱中的距离越来越大，而达分离的目的。在固体相中溶解度小的，被固定相吸附越来越大，而达分离的目的。在固体相中溶解度小的，被固定相吸附小的组分将先流出层析柱。小的组分将先流出层析柱。第四十七页，讲稿共七十二页哦

32、 柱层析能不能分离两组分，主要是看固定相和展开剂的选择。柱层析能不能分离两组分，主要是看固定相和展开剂的选择。固定相吸附剂应具有较大的吸附面积和相当的吸附能力；不与展固定相吸附剂应具有较大的吸附面积和相当的吸附能力；不与展开剂和样品中的组分产生化学反应；不溶于展开剂；有一定粒度开剂和样品中的组分产生化学反应；不溶于展开剂；有一定粒度且均匀。且均匀。第四十八页，讲稿共七十二页哦 展开剂的选择与吸附剂吸附能力的强弱及被分离的物质的极性展开剂的选择与吸附剂吸附能力的强弱及被分离的物质的极性有关。有关。用吸附能力较弱的吸附剂来分离极性较强的物质时，用吸附能力较弱的吸附剂来分离极性较强的物质时，应选用极

33、性较大的展开剂，例如醇类、酯类。应选用极性较大的展开剂，例如醇类、酯类。用吸附能力较强的吸附剂分离极性较弱的物质时，应选用吸附能力较强的吸附剂分离极性较弱的物质时，应选用极性较小的如石油醚、环乙烷等。用极性较小的如石油醚、环乙烷等。第四十九页，讲稿共七十二页哦 常用的展开剂的极性从小到大的顺序为常用的展开剂的极性从小到大的顺序为 石油醚环乙烷四氯石油醚环乙烷四氯化碳甲苯二氯甲烷氯仿乙醚乙酸乙酯正丙醇乙醇甲化碳甲苯二氯甲烷氯仿乙醚乙酸乙酯正丙醇乙醇甲醇水。醇水。第五十页，讲稿共七十二页哦15.4 离子交换分离法离子交换分离法 离子交换分离法是利用离子交换剂与溶液中的离子之间发生交离子交换分离法是

34、利用离子交换剂与溶液中的离子之间发生交换反应来进行分离的方法。这种分离方法不仅可用来分离带不同电换反应来进行分离的方法。这种分离方法不仅可用来分离带不同电荷的离子，也可用以分离带相同电荷的离子，以及富集微量或痕量荷的离子，也可用以分离带相同电荷的离子，以及富集微量或痕量组分和制备纯物质。组分和制备纯物质。离子交换剂的种类很多，有无机交换剂，也有有机交换离子交换剂的种类很多，有无机交换剂，也有有机交换剂。目前应用较多的是有机交换剂，即剂。目前应用较多的是有机交换剂，即离子交换树脂离子交换树脂。第五十一页，讲稿共七十二页哦一、离子交换树脂一、离子交换树脂 离子交换树脂是一种高分子聚合物，其网状结构

35、的骨架部分离子交换树脂是一种高分子聚合物，其网状结构的骨架部分一般很稳定，对于酸、碱、一般的有机溶剂和较弱的氧化剂都不一般很稳定，对于酸、碱、一般的有机溶剂和较弱的氧化剂都不起作用，也不溶于溶剂中。起作用，也不溶于溶剂中。在网状结构的骨架上有许多可以被交换的活性基团，根据这在网状结构的骨架上有许多可以被交换的活性基团，根据这些活性基团的不同，一般把离子交换树脂分成阳离子交换树脂和些活性基团的不同，一般把离子交换树脂分成阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类。阴离子交换树脂两大类。第五十二页，讲稿共七十二页哦1阳离子交换树脂阳离子交换树脂 这是含有酸性基团的树脂，酸性基团上的这是含有酸性基团的树脂

36、，酸性基团上的H+可以和溶液中可以和溶液中的阳离子发生交换作用，如磺酸基的阳离子发生交换作用，如磺酸基SO3H，羧基一，羧基一COOH和酚和酚基基OH等就是这种酸性基团。磺酸是较强的酸，因此含磺酸等就是这种酸性基团。磺酸是较强的酸，因此含磺酸多的树脂为强酸性阳离子交换树脂。若以多的树脂为强酸性阳离子交换树脂。若以R代替树脂的网状结代替树脂的网状结构的骨架部分，则这一类树脂可用构的骨架部分，则这一类树脂可用RSO3H代表。其它两种代表。其它两种树脂树脂R一一COOH及及ROH则为弱酸性阳离子交换树脂。则为弱酸性阳离子交换树脂。第五十三页，讲稿共七十二页哦 强酸性阳离子交换树脂在酸性、碱性和中性溶

37、液中都可应强酸性阳离子交换树脂在酸性、碱性和中性溶液中都可应用；交换反应速度快，与简单的、复杂的、无机的和有机的阳用；交换反应速度快，与简单的、复杂的、无机的和有机的阳离子都可以交换，因而在分析化学上应用较多。离子都可以交换，因而在分析化学上应用较多。弱酸性阳离子交换树脂的交换能力受外界酸度的影响较大，羧基弱酸性阳离子交换树脂的交换能力受外界酸度的影响较大，羧基在在pH4、酚基在、酚基在pH9.5时才具有离子交换能力，因此应用受到一定时才具有离子交换能力，因此应用受到一定影响；但选择性较好，可用来分离不同强度的有机碱。影响；但选择性较好，可用来分离不同强度的有机碱。第五十四页，讲稿共七十二页哦

38、 上述各种树脂中酸性基团上的上述各种树脂中酸性基团上的H+可以离解出来，并能与可以离解出来，并能与其他阳离子进行交换，因此又称为其他阳离子进行交换，因此又称为H型阳离子交换树脂。型阳离子交换树脂。H型强酸性阳离子交换树脂与溶液中的其他阳离子例型强酸性阳离子交换树脂与溶液中的其他阳离子例如如Na+发生的交换反应，对以简单地表示如下：发生的交换反应，对以简单地表示如下：第五十五页，讲稿共七十二页哦 溶液中的溶液中的Na+进入树脂网状结构中，进入树脂网状结构中，H+则交换进入溶液，树则交换进入溶液，树脂就转变为脂就转变为Na型强酸性阳离子交换树脂。由于交换过程是可逆过程，型强酸性阳离子交换树脂。由于

39、交换过程是可逆过程，如果以适当浓度的酸溶液处理已经交换的树脂，反应将向反方向进行，如果以适当浓度的酸溶液处理已经交换的树脂，反应将向反方向进行，树脂又恢复原状，这一过程称为再生或洗脱过程。再生后的树脂经过树脂又恢复原状，这一过程称为再生或洗脱过程。再生后的树脂经过洗涤又可以再次使用。洗涤又可以再次使用。第五十六页，讲稿共七十二页哦2阴离子交换树脂阴离子交换树脂 这是含有碱性基团的树脂，含有伯氨基这是含有碱性基团的树脂，含有伯氨基NH2、仲胺基、仲胺基NH(CH3)、叔胺基、叔胺基N(CH3)2的树脂为弱碱性阴离子交换树脂，树的树脂为弱碱性阴离子交换树脂，树脂水合后即分别成为脂水合后即分别成为R

40、NH3+OH，RNH2(CH3)+OH和和RNH(CH3)2+OH。水合后含有季铵基。水合后含有季铵基N(CH3)3+OH的树脂的树脂为强碱性阴离子交换树脂。这些树脂中的为强碱性阴离子交换树脂。这些树脂中的OH能与其他阴离子，例能与其他阴离子，例如如Cl发生交换。交换过程和洗脱过程可以表示如下：发生交换。交换过程和洗脱过程可以表示如下：第五十七页，讲稿共七十二页哦 上述各种阴离子交换树脂称为上述各种阴离子交换树脂称为OH型阴离子交换树脂，型阴离子交换树脂，经交换后则转变为经交换后则转变为Cl型阴离子文换树脂。交换后的树脂经型阴离子文换树脂。交换后的树脂经适当浓度的碱溶液处理后，可以再生。适当浓

41、度的碱溶液处理后，可以再生。各种阴离子交换树脂中以强碱性阴离子交换树脂的应用较广，各种阴离子交换树脂中以强碱性阴离子交换树脂的应用较广，在酸性、中性和碱性溶液中都能应用，对于强酸根和弱酸根离子都在酸性、中性和碱性溶液中都能应用，对于强酸根和弱酸根离子都能交换。弱碱性阴离子交换树脂，在碱性溶液中就失去交换能力，能交换。弱碱性阴离子交换树脂，在碱性溶液中就失去交换能力，在分析化学中应用较少。在分析化学中应用较少。第五十八页，讲稿共七十二页哦3螯合树脂螯合树脂 在离子交换树脂中引入某些能与金属离子螯合的活性基团，在离子交换树脂中引入某些能与金属离子螯合的活性基团，就成为螯合树脂。例如含有氨基二乙酸基

42、团的树脂，由该基团与就成为螯合树脂。例如含有氨基二乙酸基团的树脂，由该基团与金属离子的反应特性，可估计这种树脂对金属离子的反应特性，可估计这种树脂对Cu2+、Co2+、Ni2+有很好有很好的选择性。因此从有机试剂结构理论出发，可以根据需要，有目的地的选择性。因此从有机试剂结构理论出发，可以根据需要，有目的地合成一些新的螯合树脂，以有效地解决某些性质相似的离子的分离与合成一些新的螯合树脂，以有效地解决某些性质相似的离子的分离与富集问题。富集问题。第五十九页，讲稿共七十二页哦二、交换树脂特性二、交换树脂特性1离子交换亲和力离子交换亲和力 亲和力大的离子可以将亲和力小的离子交换下来。亲和力大的离子可

43、以将亲和力小的离子交换下来。一般价态高的离子亲和力大于价态低的离子，一般价态高的离子亲和力大于价态低的离子，第六十页，讲稿共七十二页哦对于一价阳离子亲和力：对于一价阳离子亲和力：Li+H+Na+NH4+K+Rb+Cs+Tl+Ag+对于二价阳离子亲和力：对于二价阳离子亲和力：Mg2+Ca2+Sr2+Ba2+Fe2+Co2+Ni2+Cu2+Zn2+对于阴离子亲和力：对于阴离子亲和力：FOHAcHCOOH2PO4ClNO2CNBrC2O4NO3HSO4ICrO4SO4柠檬酸根柠檬酸根第六十一页，讲稿共七十二页哦2交换容量交换容量 指的是每单位质量的干树脂所能交换离子的数目。一般指的是每单位质量的干树

44、脂所能交换离子的数目。一般讲，当树脂实际交换量已达树脂交换容量讲，当树脂实际交换量已达树脂交换容量80%时，树脂就应时，树脂就应进行再生。进行再生。第六十二页，讲稿共七十二页哦3交联度交联度 离子交换树脂中含有交联剂的质量分数叫交联度。是树脂的重离子交换树脂中含有交联剂的质量分数叫交联度。是树脂的重要性质之一，一般交联度约为要性质之一，一般交联度约为8%12%。第六十三页，讲稿共七十二页哦三、离子交换分离操作法三、离子交换分离操作法 在分析化学中应用最多的是强酸性阳离子交换树脂和强碱在分析化学中应用最多的是强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂，根据分离任务选用适当的树脂。市售的树性阴离子

45、交换树脂，根据分离任务选用适当的树脂。市售的树脂往往颗粒大小不均匀或粒度不合要求，而且含有杂质，需经脂往往颗粒大小不均匀或粒度不合要求，而且含有杂质，需经处理。处理步骤包括晾干、研磨、过筛，筛取所需粒度范围的处理。处理步骤包括晾干、研磨、过筛，筛取所需粒度范围的树脂；再用树脂；再用46molL1HCl溶液浸泡一二天以除去杂质，并使树溶液浸泡一二天以除去杂质，并使树脂溶胀，然后洗涤至中性，浸泡于去离子水中备用。此时阳离子交脂溶胀，然后洗涤至中性，浸泡于去离子水中备用。此时阳离子交换树脂已处理成换树脂已处理成H型，阴离子交换树脂已处理成型，阴离子交换树脂已处理成Cl型。型。第六十四页，讲稿共七十二

46、页哦 离子交换分离一般在交换拄中进行。经过处理的树脂在玻管中离子交换分离一般在交换拄中进行。经过处理的树脂在玻管中充满水的情况下装入管中做成交换柱装置，如图所示。图充满水的情况下装入管中做成交换柱装置，如图所示。图(a)的装置的装置可使树脂层一直浸泡在液面下，树脂层中不会混入空气泡，以免影可使树脂层一直浸泡在液面下，树脂层中不会混入空气泡，以免影响液体流动，影响交换和洗脱，但其进出口液面高度差很小，流速响液体流动，影响交换和洗脱，但其进出口液面高度差很小，流速慢。慢。(b)的装置简单，使用时要注意勿使树脂层干涸而混入空气泡。的装置简单，使用时要注意勿使树脂层干涸而混入空气泡。第六十五页，讲稿共

47、七十二页哦 交换柱准备好后，将欲交换的试液倾入交换柱中，试液交换柱准备好后，将欲交换的试液倾入交换柱中，试液流经树脂层时，从上到下一层层地发生交换过程。如果往流经树脂层时，从上到下一层层地发生交换过程。如果往中装的是阳离子交换树脂，试液中的阳离子与树脂上的中装的是阳离子交换树脂，试液中的阳离子与树脂上的H+交换而留于柱中，阴离子不交换而存在于流出液中，阳离交换而留于柱中，阴离子不交换而存在于流出液中，阳离子和阴离子由此得以分离。在阴离子交换树脂上的分离情子和阴离子由此得以分离。在阴离子交换树脂上的分离情况与此相似。况与此相似。第六十六页，讲稿共七十二页哦 交换完毕后应进行洗涤，以洗下残留的溶液

48、及交换时所形成的酸、交换完毕后应进行洗涤，以洗下残留的溶液及交换时所形成的酸、碱或盐类。合并流出液和洗涤液，分析测定其中的阳离子或阴离子。碱或盐类。合并流出液和洗涤液，分析测定其中的阳离子或阴离子。洗净后的交换柱可以进行洗脱，以洗下交换在树脂上的离子，就可以洗净后的交换柱可以进行洗脱，以洗下交换在树脂上的离子，就可以在洗脱液中测定交换的离子。对于阳离子交换树脂，常用在洗脱液中测定交换的离子。对于阳离子交换树脂，常用HCl溶液作溶液作为洗脱液；对于阴离子交换树脂，则常用为洗脱液；对于阴离子交换树脂，则常用HCl、NaCl或或NaOH溶液作溶液作洗脱液。洗脱液。第六十七页，讲稿共七十二页哦第六十八

49、页，讲稿共七十二页哦 为了获得良好的分离，所用树脂粒度、交换柱直径及树脂为了获得良好的分离，所用树脂粒度、交换柱直径及树脂层厚度，欲交换的试液及洗脱溶液的组成、浓度及流速等等条层厚度，欲交换的试液及洗脱溶液的组成、浓度及流速等等条件都需要通过实践适当选择。一般讲来，不同电荷离子的分离，件都需要通过实践适当选择。一般讲来，不同电荷离子的分离，树脂粒度可以粗些，交换柱可以粗短些，交换和洗脱的流速都树脂粒度可以粗些，交换柱可以粗短些，交换和洗脱的流速都可以快些，对于相同电荷离子的分离，即离子交换层析分离，可以快些，对于相同电荷离子的分离，即离子交换层析分离，就应用粒度较细的树脂，较细长的交换柱，较慢

50、的流速。就应用粒度较细的树脂，较细长的交换柱，较慢的流速。第六十九页，讲稿共七十二页哦四、应用示例四、应用示例1去离子水的制备去离子水的制备 水中常含一些溶解的盐类，如果让自来水先通过水中常含一些溶解的盐类，如果让自来水先通过H型强酸性阳型强酸性阳离子交换树脂，以交换除去各种阳离子：离子交换树脂，以交换除去各种阳离子：Men+nRSO3H(RSO3H)nMenH+再通过再通过OH型强碱性阴离子交换树脂，以交换除去阴离子：型强碱性阴离子交换树脂，以交换除去阴离子：nH+XnnRN(CH3)3+OHRN(CH3)3nXnH2O 则可以方便地得到不含溶解盐类的去离子水，它可代替蒸馏水使用。则可以方便