第八章分析化学中常用的分离和富集方法PPT讲稿.ppt

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1、第八章分析化学中常用的分离和富集方法第1页，共35页，编辑于2022年，星期三8.1 概述概述 茶叶中茶叶中Pb Zn Mn Se 的测定的测定 花粉中花粉中Cu Cd Mo Ge 的测定的测定往往分离和富集是一个统一过程，即能分离又能达到富集目的。往往分离和富集是一个统一过程，即能分离又能达到富集目的。在分离和富集的过程中待测组分是有损失的，不可能全部分在分离和富集的过程中待测组分是有损失的，不可能全部分离富集出来。这种损失用回收率来表示：离富集出来。这种损失用回收率来表示：回收率回收率分离和富集后测得的待测组分含量分离和富集后测得的待测组分含量被测组分原来的量被测组分原来的量100常量组分

2、分析（大于常量组分分析（大于1）要求回收率要求回收率99.9%微量组分分析（微量组分分析（0.011）99痕量组分分析（小于痕量组分分析（小于0.01%)902第2页，共35页，编辑于2022年，星期三4.离子交换分离离子交换分离常用分离和富集方法常用分离和富集方法1.沉淀分离沉淀分离2.挥发、蒸馏分离挥发、蒸馏分离3.液液萃取分离液液萃取分离5.色谱分离色谱分离3第3页，共35页，编辑于2022年，星期三8.2 8.2 液液萃取分离法液液萃取分离法将物质由亲水性转化为疏水性的过程将物质由亲水性转化为疏水性的过程,然后被有机溶剂萃取然后被有机溶剂萃取从而达到分离的目的。从而达到分离的目的。如何

3、将被萃取物质有亲水性如何将被萃取物质有亲水性一、一、萃取过程的本质萃取过程的本质疏水性疏水性4亲水性：易溶于水，难溶于有机溶剂的性质亲水性：易溶于水，难溶于有机溶剂的性质(无机盐类无机盐类)疏水性：难溶于水，易溶于有机溶剂的性质疏水性：难溶于水，易溶于有机溶剂的性质(有机物有机物)第4页，共35页，编辑于2022年，星期三测钢样中测钢样中Ni，有其它离子干扰，先将，有其它离子干扰，先将Ni2+萃取萃取到有机相中进行分离，然后测定。到有机相中进行分离，然后测定。Ni2+2CH3-C=N-OHCH3-C=N-OH(丁二酮肟丁二酮肟)弱碱性弱碱性pH=910CH3-C=NCH3-C=NNiN=C-C

4、H3N=C-CH3O.HOOOH.2H+不带电荷不带电荷,具有疏水性具有疏水性（水）（水）能溶于有机溶剂能溶于有机溶剂CHCl3，可被可被CHCl3萃取萃取这样这样Ni2+就进入有机相同其它离子分离了。就进入有机相同其它离子分离了。5第5页，共35页，编辑于2022年，星期三为了便于测定还可将为了便于测定还可将Ni2+反萃取到水相中（反萃取）反萃取到水相中（反萃取）分离后，在丁二酮肟分离后，在丁二酮肟Ni的的CHCl3中中HCl振荡振荡Ni2+重新进入了水相中重新进入了水相中丁二酮肟丁二酮肟Ni破坏破坏6第6页，共35页，编辑于2022年，星期三二、萃取过程的分配定律二、萃取过程的分配定律1.

5、分配系数：分配系数：萃取是溶质在两相中经过充分振摇，萃取是溶质在两相中经过充分振摇，达到平衡后按一定比例重新分配的过程。达到平衡后按一定比例重新分配的过程。A水水A有有说明：此式只使用于浓度较稀且溶质在两相中均是说明：此式只使用于浓度较稀且溶质在两相中均是 单一的相同形体存在的简单萃取体系。单一的相同形体存在的简单萃取体系。如用如用CCl4萃取萃取I27第7页，共35页，编辑于2022年，星期三2.2.分配比分配比将溶质在有机相中各种存在形体的总浓度将溶质在有机相中各种存在形体的总浓度C有有与在与在水相中各种存在形体的总浓度水相中各种存在形体的总浓度C水水之比，称为分配比之比，称为分配比8第8

6、页，共35页，编辑于2022年，星期三3.萃取百分率萃取百分率:此公式只适用于一次性萃取百分率的计算此公式只适用于一次性萃取百分率的计算表示了萃取完全的程度表示了萃取完全的程度（分子、分母同除（分子、分母同除C水水V有有）9第9页，共35页，编辑于2022年，星期三例题：例题：50mL 0.100 mol/L I2溶液用溶液用100mL有机溶剂萃取，有机溶剂萃取，萃取一次的百分率为萃取一次的百分率为95%求求：(1)分配比分配比D (2)达到平衡时达到平衡时10mL有机相中含有有机相中含有I2多少多少mmol解解：(1)D9.5(2)10第10页，共35页，编辑于2022年，星期三4.多次萃取

7、多次萃取E计算计算设设m0为被萃取物质的总量为被萃取物质的总量mi为萃取后水相中剩余的量（为萃取后水相中剩余的量（i=1、2、3.）先推导：萃取一次后水相中剩余的量先推导：萃取一次后水相中剩余的量m1m0mi 为萃取到有机相中的量为萃取到有机相中的量同理萃取二次后水相中剩余的量同理萃取二次后水相中剩余的量m211第11页，共35页，编辑于2022年，星期三若萃取若萃取n次后水相中剩余的量次后水相中剩余的量mn萃取萃取n次后：次后：用同样量的萃取剂用同样量的萃取剂,少量多次萃取可以提高萃取率少量多次萃取可以提高萃取率12第12页，共35页，编辑于2022年，星期三2000年中科院考研题（年中科院

8、考研题（8分）分）有机溶剂有机溶剂20mL萃取萃取100mL水相中某溶质，一次萃取率水相中某溶质，一次萃取率E=90%计算（计算（1）此溶质的分配比）此溶质的分配比 （2）若将）若将20mL溶剂分成溶剂分成4次萃取，问能否达到常量组分次萃取，问能否达到常量组分 定量萃取的要求定量萃取的要求解解：(1)一次萃取一次萃取D4513第13页，共35页，编辑于2022年，星期三(2)分分4次萃取，每次次萃取，每次5mL=99.1%不能达到常量组分定量萃取的要求不能达到常量组分定量萃取的要求14第14页，共35页，编辑于2022年，星期三2006年中科院考研题（年中科院考研题（10分）分）若某物质在两相

9、中的分配比为若某物质在两相中的分配比为17，今有，今有50mL的水溶液的水溶液应用应用10mL的萃取剂连续萃取几次，才能使总萃取率达的萃取剂连续萃取几次，才能使总萃取率达到到99以上以上解：解：解得解得 n=3.1应萃取应萃取4次，才能使总萃取率达到次，才能使总萃取率达到99以上以上15第15页，共35页，编辑于2022年，星期三三、重要的萃取体系三、重要的萃取体系1.螯合物萃取体系：螯合物萃取体系：金属离子与螯合剂形成不带电荷的中性螯合物，然后被有机金属离子与螯合剂形成不带电荷的中性螯合物，然后被有机溶剂萃取，这种体系称螯合物萃取体系。溶剂萃取，这种体系称螯合物萃取体系。萃取剂萃取剂HR与金

10、属离子螯合和萃取过程表示如下：与金属离子螯合和萃取过程表示如下：例如例如(1)丁二酮肟丁二酮肟Ni(2)8-羟基喹啉羟基喹啉Al（Mg）(3)双硫腙双硫腙Zn（Cd Hg）均能被均能被CHCl3萃取萃取16第16页，共35页，编辑于2022年，星期三2.2.离子缔合物萃取体系离子缔合物萃取体系阳、阴离子通过静电引力结合成中性化合物，称为离子缔合物。阳、阴离子通过静电引力结合成中性化合物，称为离子缔合物。因为它的体积较大，带有疏水性，易被有机溶剂萃取。因为它的体积较大，带有疏水性，易被有机溶剂萃取。如如Cu+与二甲基邻二氮菲螯合后，与二甲基邻二氮菲螯合后，它带正电荷与它带正电荷与Cl-形成形成离

11、子缔合物，然后可被离子缔合物，然后可被CHCl3萃取。萃取。CHCl3萃取萃取到有机相中到有机相中17第17页，共35页，编辑于2022年，星期三该类萃取体系中，溶剂分子既是溶剂又是萃取剂。该类萃取体系中，溶剂分子既是溶剂又是萃取剂。3.3.溶剂化合物萃取体系溶剂化合物萃取体系某些溶剂分子通过其配位的原子与无机化合物中的金属离子某些溶剂分子通过其配位的原子与无机化合物中的金属离子相键合，形成了溶剂化合物从而萃取到有机相中。相键合，形成了溶剂化合物从而萃取到有机相中。如在如在HCl介质中用乙醚介质中用乙醚(Et2O)萃取萃取Fe3+Fe(H2O)63+4Cl-Fe(H2O)2Cl4-4H2OFe

12、(H2O)2Cl4-2Et2O Fe(Et2O)2Cl4-2H2OEt2O H3O+Et2OH+H2OFe(Et2O)2Cl4-Et2OH+Fe(Et2O)2Cl4-.Et2OH+（可被乙醚萃取）（可被乙醚萃取）18第18页，共35页，编辑于2022年，星期三4.4.无机共价化合物萃取体系无机共价化合物萃取体系I2 Br2 Cl2 AsI3等不带电荷的共价化合物等不带电荷的共价化合物,可被可被CHCl3或或CCl4萃取。萃取。19第19页，共35页，编辑于2022年，星期三四、萃取条件的选择四、萃取条件的选择 （螯合物萃取体系）（螯合物萃取体系）1.萃取平衡常数萃取平衡常数Kex Zn2+(水

13、水)2H2D(双硫腙双硫腙)Zn(HD)2有有 2H+水水Mn+分配比取决于分配比取决于Kex 、螯合剂浓度、溶液的酸度螯合剂浓度、溶液的酸度20第20页，共35页，编辑于2022年，星期三2.萃取条件萃取条件（1）螯合剂选择）螯合剂选择a.Kex越大，越大，D越大，越大，E就越大就越大b.螯合剂含的疏水集团越多，螯合剂含的疏水集团越多，E就越大就越大 酸度越低，酸度越低，E就越大。但是酸度也不能太低，就越大。但是酸度也不能太低，否则否则Mn+要水解，影响萃取。要水解，影响萃取。如双硫腙与如双硫腙与Zn2+形成螯合物适宜的形成螯合物适宜的pH=6.510.0（3）萃取有机溶剂的选择：）萃取有机

14、溶剂的选择：选择与螯合物结构相似的溶剂作为萃取溶剂，使金属选择与螯合物结构相似的溶剂作为萃取溶剂，使金属螯合物在有机溶剂中的溶解度要大。螯合物在有机溶剂中的溶解度要大。（4）必要时加入掩蔽剂消除其它离子干扰）必要时加入掩蔽剂消除其它离子干扰（2）溶液的酸度：）溶液的酸度：21第21页，共35页，编辑于2022年，星期三2002年中科院考研题（年中科院考研题（15分）分）对于某萃取体系，萃取平衡用下式表示：对于某萃取体系，萃取平衡用下式表示：M2+Wat.2HLOrg.MLOrg.2H+Wat.已知已知Kex=0.10，用有机溶剂用有机溶剂20mL将含有将含有0.100mol/L HL和和Mn+

15、全部萃入有机相中，然后将全部萃入有机相中，然后将20mL水与有机相混合进行反萃取。水与有机相混合进行反萃取。问：若水相中问：若水相中H+=0.40mol/L，Mn+反萃取率能否达到反萃取率能否达到99.9%解：解：反萃取到水相中反萃取到水相中E(1000.62)%99.38%22第22页，共35页，编辑于2022年，星期三8.3 8.3 离子交换分离法离子交换分离法 利用离子交换剂与溶液中的离子之间，发生交换反应来进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。行分离的方法。一、一、离子交换树脂离子交换树脂高分子聚合物，具有网状结构，稳定性好。在网状结构的骨架上连接有高分子聚

16、合物，具有网状结构，稳定性好。在网状结构的骨架上连接有活性基团，如活性基团，如-SO-SO3 3H H，-COOH-COOH，-N(CH-N(CH3 3)3 3ClCl等，它们可以与溶液中的离等，它们可以与溶液中的离子进行交换。子进行交换。第23页，共35页，编辑于2022年，星期三阳离子交换反应：阳离子交换反应：Resin-SO3H +Na+=Resin-SO3 Na+H+Resin-SO3Na +H+=Resin-SO3 H+Na+阴离子交换反应：阴离子交换反应：Resin-N(CH3)3OH +Cl-=N(CH3)3 Cl +OH-Resin-N(CH3)3 Cl+OH-=N(CH3)3

17、 OH+Cl-第24页，共35页，编辑于2022年，星期三 离子交换树脂是由高分子聚合物为骨架，反离子交换树脂是由高分子聚合物为骨架，反应引入各种特性活性基团构成。根据活性基团的应引入各种特性活性基团构成。根据活性基团的不同分类。不同分类。离子交换树脂离子交换树脂阳离子交换树脂阳离子交换树脂阴离子交换树脂阴离子交换树脂强酸性阳离子交换树脂强酸性阳离子交换树脂弱酸性阳离子交换树脂弱酸性阳离子交换树脂强碱性阴离子交换树脂强碱性阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂第25页，共35页，编辑于2022年，星期三阳离子交换树脂阳离子交换树脂cation-exchange resin含酸性

18、活性基团的树脂。含酸性活性基团的树脂。酸性基团上的酸性基团上的H+可以和溶液中的阳离子发可以和溶液中的阳离子发生交换作用。生交换作用。含含R-SO3H称强酸性阳离子交换树脂称强酸性阳离子交换树脂 含含R-COOH及及R-OH（弱酸性）弱酸性）使用前：酸淋洗转变成使用前：酸淋洗转变成H+型型使用后经使用后经“再生再生”，可反复使用。，可反复使用。第26页，共35页，编辑于2022年，星期三阴离子交换树脂阴离子交换树脂anion-exchange resin含有碱性基团的树脂。含有碱性基团的树脂。弱碱性阴离子交换树脂：弱碱性阴离子交换树脂：伯胺基伯胺基-NH2 仲胺基仲胺基-NH(CH3)叔胺基叔

19、胺基-N(CH3)2，强碱性阴离子交换树脂：强碱性阴离子交换树脂：季胺基季胺基-N(CH3)3+OH-。使用前：碱淋洗转变成使用前：碱淋洗转变成OH-型。型。使用后经使用后经“再生再生”，可反复使用。，可反复使用。第27页，共35页，编辑于2022年，星期三螯合树脂螯合树脂(chelate resin)在离子交换树脂中引入某些能与金属离子螯合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。的活性基团，就成为螯合树脂。含有氨基二乙酸基团的树脂，由该基团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，这种树脂对与金属离子的反应特性，这种树脂对 Cu2+、Co2+、N

20、i2+有很好的选择性。有很好的选择性。第28页，共35页，编辑于2022年，星期三二、二、离子交换分离操作法离子交换分离操作法 3、将淋洗液（洗脱液）加到柱上端，淋洗；、将淋洗液（洗脱液）加到柱上端，淋洗；阳离子交换树脂：阳离子交换树脂：HCl 溶液为洗脱液；溶液为洗脱液；阴离子交换树脂：则常用阴离子交换树脂：则常用NaOH溶液作洗脱液。溶液作洗脱液。4、再生：将树脂恢复到交换前的形式、再生：将树脂恢复到交换前的形式 1、通常将离子交换树脂装入玻璃管、通常将离子交换树脂装入玻璃管 内组成离子交换柱内组成离子交换柱 2、欲分离的试液注入交换柱内，、欲分离的试液注入交换柱内，进行交换过程进行交换过

21、程第29页，共35页，编辑于2022年，星期三 离子交换反应是一可逆反应，被交换离子随淋洗液离子交换反应是一可逆反应，被交换离子随淋洗液 在分离柱中移动，由于不同离子与树脂之间的作用力在分离柱中移动，由于不同离子与树脂之间的作用力 不同，流出分离柱的时间不同而被分离。不同，流出分离柱的时间不同而被分离。四、离子交换亲和力四、离子交换亲和力(1)稀溶液中，离子电荷越大，亲和力越大；稀溶液中，离子电荷越大，亲和力越大；(2)相同电荷时，水合半径越小，亲和力越大；相同电荷时，水合半径越小，亲和力越大；Li+H+Na+K+Rb+Cs+;Mg2+Ca2+Sr2+Ba2+；F-OH-CH3COO-Cl-B

22、r-NO3-HSO4-I-三、离子交换分离原理三、离子交换分离原理第30页，共35页，编辑于2022年，星期三阳离子交换分离（阳离子交换分离（阳离子交换分离（阳离子交换分离（0.1molL-1 HCl0.1molL-1 HCl为淋洗液）为淋洗液）为淋洗液）为淋洗液）0100200300400V洗洗(mL)cLi+Na+K+(2molL-1 HCl)K+亲和力大的先被交换上去亲和力大的先被交换上去,后被洗脱下来后被洗脱下来.Li+0100200300400C第31页，共35页，编辑于2022年，星期三五、应用示例五、应用示例 1.1.去离子水的制备去离子水的制备 实验室用去离子水及锅炉用水的软化

23、。采用串联的阳实验室用去离子水及锅炉用水的软化。采用串联的阳 离子交换柱和阴离子交换柱。离子交换柱和阴离子交换柱。2.2.干扰组分的分离干扰组分的分离 如测定矿石中的铀，为了除去其他金属离子的干扰，将矿石如测定矿石中的铀，为了除去其他金属离子的干扰，将矿石 用用 0.1 mol L-1的硫酸溶液，处理成的硫酸溶液，处理成 UO2(SO4)22-，通过强碱性，通过强碱性 离子交换树脂时被留在树脂上，其它金属离子则流出。之后将其离子交换树脂时被留在树脂上，其它金属离子则流出。之后将其 洗脱回收率可达洗脱回收率可达98%3.3.痕量组分的富集痕量组分的富集 4.4.相同电荷离子的分离相同电荷离子的分

24、离 第32页，共35页，编辑于2022年，星期三第33页，共35页，编辑于2022年，星期三关于期末考试的几点说明关于期末考试的几点说明一、选择题（一、选择题（30分）分）二、填空题（二、填空题（20分）分）三、问答题（三、问答题（10分）分）四、计算题（四、计算题（40分）分）1.络合滴定的误差计算络合滴定的误差计算2.氧化还原的计算氧化还原的计算3.溶解度的计算溶解度的计算4.少量数据处理显著性检验的计算少量数据处理显著性检验的计算第四章第四章第八章第八章第34页，共35页，编辑于2022年，星期三 谢谢 谢谢 各各 位位 同同 学学 再再 见见第35页，共35页，编辑于2022年，星期三