1、第第11章分析化学中常用的分离富集方法章分析化学中常用的分离富集方法11.1 概述概述11.2 气态分离法气态分离法11.3 沉淀与过滤分离沉淀与过滤分离11.4 萃取分离法萃取分离法11.5 离子交换分离法离子交换分离法11.6 色谱分离色谱分离11.7 电分离法电分离法11.8 气浮分离法气浮分离法11.9 膜分离膜分离11.1 概述概述l分离分离富集富集回收率回收率 100分离后所得待测组分质量分离后所得待测组分质量试样中原有待测组分质量试样中原有待测组分质量11.2 气态分离法气态分离法1 挥发与升华挥发与升华 挥发：固体或液体全部或部分转化为气体的过程挥发：固体或液体全部或部分转化为
2、气体的过程 升华升华:固体物质不经过液态就变成气态的过程固体物质不经过液态就变成气态的过程 例如，例如，测定水中或食品等试样中的微量砷时，先用锌测定水中或食品等试样中的微量砷时，先用锌粒和稀硫酸将试样中的砷还原成砷化氢，经挥发和收粒和稀硫酸将试样中的砷还原成砷化氢，经挥发和收集后，可用比色等方法进行测定集后，可用比色等方法进行测定。在有机分析中，也常用挥发和蒸馏分离法，例如在有机分析中，也常用挥发和蒸馏分离法，例如C，H，O，N，S等元素的测定，即采用这种方法。等元素的测定，即采用这种方法。不管不管是无机物还是有机物中氮的测定，都是将化合物中的是无机物还是有机物中氮的测定，都是将化合物中的氮经
3、一定处理转化为氮经一定处理转化为NH4+，然后在浓碱存在下将，然后在浓碱存在下将NH3蒸出来并用酸吸收，然后测定。蒸出来并用酸吸收，然后测定。在环境监测中，如在环境监测中，如Hg,CN-,SO2,S2-,F-,酚类等有毒物质，都是用蒸馏分酚类等有毒物质，都是用蒸馏分离法分离富集，然后选用适当的方法测定，离法分离富集，然后选用适当的方法测定，将液体加热至沸腾，使液体变为蒸气，然后使蒸将液体加热至沸腾，使液体变为蒸气，然后使蒸气冷却再凝结为液体，这两个过程的联合操作称气冷却再凝结为液体，这两个过程的联合操作称为蒸馏。为蒸馏。很明显，蒸馏可将易挥发和不易挥发的很明显，蒸馏可将易挥发和不易挥发的物质分
4、离开来，也可将沸点不同的液体混合物分物质分离开来，也可将沸点不同的液体混合物分离开来。但液体混合物各组分的沸点必须相差很离开来。但液体混合物各组分的沸点必须相差很大（至少大（至少30以上）才能得到较好的分离效果。以上）才能得到较好的分离效果。2 蒸馏蒸馏 a 常压蒸馏常压蒸馏 b 水蒸气蒸馏水蒸气蒸馏水蒸气蒸馏（水蒸气蒸馏（Steam Distillation）是将水蒸气通入）是将水蒸气通入不溶于水的有机物中或使有机物与水经过共沸而蒸出不溶于水的有机物中或使有机物与水经过共沸而蒸出的操作过程的操作过程 c 减压和真空蒸馏减压和真空蒸馏 在大气压以下的蒸馏称为减压和真空蒸馏，用于分离易在大气压以
5、下的蒸馏称为减压和真空蒸馏，用于分离易分解化合物分解化合物水蒸气蒸馏装置图水蒸气蒸馏装置图减压蒸馏装置图减压蒸馏装置图有些混合物会形成共沸点的混合物，好几种物质同时有些混合物会形成共沸点的混合物，好几种物质同时沸腾沸腾。比如说酒精和水的混合物在蒸馏时比如说酒精和水的混合物在蒸馏时 未到水沸点时未到水沸点时水和酒精就一起沸腾蒸馏出来了水和酒精就一起沸腾蒸馏出来了 d 共沸蒸馏共沸蒸馏e 萃取蒸馏萃取蒸馏(extractive distillation)例由氢化苯例由氢化苯(80.1)生成环己烷生成环己烷(80.8)时时,一般的蒸馏不能一般的蒸馏不能分离，加入苯胺分离，加入苯胺(184)与苯形成络
6、合物，在比苯高的温度与苯形成络合物，在比苯高的温度沸腾，从而分离环己烷沸腾，从而分离环己烷 沉淀分离法是利用沉淀反应使被测离子与干扰离子分沉淀分离法是利用沉淀反应使被测离子与干扰离子分离的一种方法。它是在试液中加入适当的沉淀剂，并离的一种方法。它是在试液中加入适当的沉淀剂，并控制反应条件，使待测组分沉淀出来，或者将干扰组控制反应条件，使待测组分沉淀出来，或者将干扰组分沉淀除去，从而达到分离的目的。分沉淀除去，从而达到分离的目的。11.3 沉淀分离沉淀分离1 1氢氧化物沉淀分离氢氧化物沉淀分离大多数金属离子都能生成氢氧化物沉淀，氢氧化大多数金属离子都能生成氢氧化物沉淀，氢氧化物沉淀的形成与溶液中
7、的物沉淀的形成与溶液中的OHOH-有直接关系。有直接关系。由于各种氢氧化物沉淀的溶度积有很大差别，由于各种氢氧化物沉淀的溶度积有很大差别，因此可以通过控制酸度使某些金属离子相互分因此可以通过控制酸度使某些金属离子相互分离。常用以下试剂为沉淀剂离。常用以下试剂为沉淀剂 。NaOHNaOH是强碱，采用其作沉淀剂可使两性元素与非两是强碱，采用其作沉淀剂可使两性元素与非两性元素分离，两性元素以含氧酸阴离子形态留在性元素分离，两性元素以含氧酸阴离子形态留在溶液中，非两性元素则生成氢氧化物沉淀。一般溶液中，非两性元素则生成氢氧化物沉淀。一般得到的氢氧化物沉淀为胶体沉淀，共沉淀严重，得到的氢氧化物沉淀为胶体
8、沉淀，共沉淀严重，所以分离效果不理想。如果所以分离效果不理想。如果n采用采用“小体积沉淀法小体积沉淀法”，可改善沉淀的性质，提高分离效率。，可改善沉淀的性质，提高分离效率。n“小体积沉淀法小体积沉淀法”一般是在尽量一般是在尽量小的体积小的体积和和尽量大尽量大的浓度，的浓度，同时加入大量没有干扰作用的盐类上进行的。这样形成的沉同时加入大量没有干扰作用的盐类上进行的。这样形成的沉淀含水量少，结构紧密。在少量无干扰作用的盐类的加入下，淀含水量少，结构紧密。在少量无干扰作用的盐类的加入下，使沉淀对其他组分的吸附量减少，因此提高了分离效果使沉淀对其他组分的吸附量减少，因此提高了分离效果。NaOHNaOH
9、 “小体积沉淀法小体积沉淀法”常用于使常用于使Al Al 3+3+与与Fe Fe 3+3+,Ti(),Ti()等的分等的分离。此时，将试液蒸发至离。此时，将试液蒸发至2 23ml3ml后加入固体氯化钠约后加入固体氯化钠约5g5g，搅，搅拌使呈糖状，再加浓拌使呈糖状，再加浓NaOHNaOH溶液进行小体积沉淀，最后加入适溶液进行小体积沉淀，最后加入适量热水稀释后过滤。量热水稀释后过滤。NaOH 沉淀分离法的分离情况沉淀分离法的分离情况定量沉淀的离子定量沉淀的离子 :Mg2+Cu2+Ag+Au+Cd2+Hg2+Ti(IV)Zr(IV)Hf(IV)Tb(IV)Bi3+Fe3+Co2+Ni2+Mn2+部
10、分沉淀的离子部分沉淀的离子Ca2+Sr2+Ba2+Nb(V)Ta(V)溶液中存在的离子溶液中存在的离子AlO2-CrO2-ZnO22-PbO22-SnO32-GeO32-GaO2-BeO22-SiO32-WO42-MoO42-VO3-在铵盐存在下，加入氨水调节和控制溶液的在铵盐存在下，加入氨水调节和控制溶液的pHpH为为8989，可，可使高价金属离子（如使高价金属离子（如FeFe3+3+,Al,Al3+3+等）与大部分一，二价金属等）与大部分一，二价金属离子分离。离子分离。氨水沉淀法中常加入氨水沉淀法中常加入NHNH4 4ClCl等铵盐，其作用是：等铵盐，其作用是：控制溶液的控制溶液的PHPH
11、为为8989，防止，防止Mg(OH)Mg(OH)2 2沉淀和减少沉淀和减少AlAl（OHOH）3 3的溶解；大量的溶解；大量NHNH4+4+作为抗衡离子，减少了氢氧化物对其它作为抗衡离子，减少了氢氧化物对其它的金属离子的吸附；大量存在的电解质促进了胶体沉淀的的金属离子的吸附；大量存在的电解质促进了胶体沉淀的凝聚。凝聚。用氨法（加入大量用氨法（加入大量NHNH4 4ClCl）小体积沉淀分离法，可）小体积沉淀分离法，可改善分离效果。本法常用改善分离效果。本法常用CuCu2+2+,Co,Co2+2+,Ni,Ni2+2+,Fe,Fe3+3+,Al,Al3+3+,Ti(),Ti()等的定量分离。等的定量
12、分离。定量沉淀的离子Hg2+Be2+Fe 3+Al3+Cr3+Bi3+Sb(III)Sn(IV)Mn2+Ti(IV)Zr(IV)Hf(IV)Tb(IV)Nb(V)Ta(V)U(VI)稀土部分部分沉淀的离子部分部分沉淀的离子 Mn2+Fe2+(有氧化剂存在时可以定量沉淀）有氧化剂存在时可以定量沉淀）Pb2+（有（有Fe3+Al3+共存时将被共沉淀）共存时将被共沉淀）溶液中存留的离子溶液中存留的离子Ag(NH3)2+Cu(NH3)42+Cd(NH3)42+Co(NH3)63+Ni(NH3)42+Zn(NH3)42+Ca2+Sr2+Ba2+Mg2+nC.有机碱法有机碱法 六亚甲基四铵，吡啶六亚甲基四
13、铵，吡啶，苯胺，苯胺，苯肼等有机碱，与其共轭酸组成缓冲溶液，可控苯肼等有机碱，与其共轭酸组成缓冲溶液，可控制溶液的制溶液的pH，使某些金属离子生成氢氧化物沉，使某些金属离子生成氢氧化物沉淀，达到沉淀分离的目的淀，达到沉淀分离的目的。例如，将六亚甲基四。例如，将六亚甲基四铵加入到酸性溶液中，生成六亚甲基四铵盐，而铵加入到酸性溶液中，生成六亚甲基四铵盐，而形成形成 pH为为56的缓冲溶液。本法常用于的缓冲溶液。本法常用于Mn2+,Co2+,Ni2+,Cu2+,Zn2+,Cd2+,Al3+,Fe3+,Ti()和和Th()等的分离。等的分离。nD.ZnO悬浊液法悬浊液法 在酸性溶液中加入在酸性溶液中加
14、入ZnO悬浊液，悬浊液，ZnO与酸作用逐渐溶解，使溶液与酸作用逐渐溶解，使溶液pH提高，达到平提高，达到平衡后，控制溶液的衡后，控制溶液的pH约为约为6，使一部分氢氧化物，使一部分氢氧化物沉淀，达到分离的目的。除沉淀，达到分离的目的。除ZnO悬浊液外，其它悬浊液外，其它微溶性碳酸盐或氧化物的悬浊液，如碳酸钡，碳微溶性碳酸盐或氧化物的悬浊液，如碳酸钡，碳酸钙，碳酸铅及氧化镁的悬浊液等，也有同样的酸钙，碳酸铅及氧化镁的悬浊液等，也有同样的作用，但所控制的作用，但所控制的pH范围各不相同。以范围各不相同。以Zn2+不干不干扰的体系方可使用此法。扰的体系方可使用此法。2硫化物沉淀分离硫化物沉淀分离n硫
15、化物沉淀分离是根据各种硫化物的溶度积相差比较大的特点，硫化物沉淀分离是根据各种硫化物的溶度积相差比较大的特点，通过控制溶液的酸度来控制硫离子浓度，而使金属离子相互分通过控制溶液的酸度来控制硫离子浓度，而使金属离子相互分离。硫化氢是常用沉淀剂离。硫化氢是常用沉淀剂，在进行分离时大多用缓冲溶液控制，在进行分离时大多用缓冲溶液控制酸度。例如，往一氯乙酸度。例如，往一氯乙 酸缓冲溶液（酸缓冲溶液（pH2）中通入）中通入H2S，则，则使使Zn2+沉淀为沉淀为ZnS而与而与Mn2+,Co2+,Ni2+,Fe2+分离分离;往六次甲基往六次甲基四铵缓冲溶液四铵缓冲溶液(PH56)通入通入H2S,则则ZnS,C
16、oS,NiS,FeS等会定等会定量沉淀而与量沉淀而与Mn2+分离分离.硫化物沉淀分离的选择性不高硫化物沉淀分离的选择性不高,硫化物沉硫化物沉淀大多是胶体淀大多是胶体,共沉淀现象比较严重共沉淀现象比较严重,而且还存在继沉淀现象而且还存在继沉淀现象,故故分离效果不理想分离效果不理想,但利用其分离某些重金属离子还是有效的但利用其分离某些重金属离子还是有效的.其它无机沉淀剂其它无机沉淀剂a.硫酸硫酸 使使Ca2+,Sr2+,Ba2+,Pb2+,Ra2+沉淀为硫沉淀为硫酸盐与其它金属离子分离酸盐与其它金属离子分离.b.HF或或NH4F 用于用于Ca2+,Sr2+,Mg2+,Th(),稀稀土金属离子与其它
17、金属离子分离土金属离子与其它金属离子分离.C.磷酸磷酸 利用利用Zr(),Hf(),Th(),Bi3+等金属等金属离子能生成磷酸盐沉淀而与其它离子分离离子能生成磷酸盐沉淀而与其它离子分离.利用有机沉淀进行分离利用有机沉淀进行分离a.草酸草酸 用于用于Ca2+,Sr2+,Ba2+,Th(),稀土离稀土离Fe3+,Al3+,Zr(),Nb(),Ta(),等金属离子的分离等金属离子的分离.b.铜铁试剂铜铁试剂(N亚硝基苯胲铵盐亚硝基苯胲铵盐)用于用于Fe3+,Ti(Iv),V(V)与与Al3+,Cr3+,Co2+,Ni2+等的分等的分离离.c.铜试剂铜试剂(二乙基胺二硫代酸钠二乙基胺二硫代酸钠,简称
18、简称DDTC)常用常用于沉淀除去重金属离子于沉淀除去重金属离子,使其与使其与Al3+,稀土和碱土稀土和碱土金属离子的分离金属离子的分离.2.痕量组分的共沉淀分离和富集痕量组分的共沉淀分离和富集b.利用生成混晶体进行共沉淀利用生成混晶体进行共沉淀 该方法选择性比吸附共沉淀法高该方法选择性比吸附共沉淀法高.常见的混晶体常见的混晶体有有:BaSO4-RaSO4,BaSO4-PbSO4,MgNH4PO4-MgNH4AsO4等等.带 有机共沉淀剂应用较多有机共沉淀剂应用较多,它可将微量组分定量地共沉它可将微量组分定量地共沉淀下来淀下来.共沉淀剂可经灼烧而挥发去共沉淀剂可经灼烧而挥发去,被测组分则被留在被
19、测组分则被留在残渣中残渣中,用适当的溶剂溶解后即可测定用适当的溶剂溶解后即可测定.有机共沉淀剂的有机共沉淀剂的相对分子质量较大相对分子质量较大,体积也大体积也大,有利于微量组分的共沉淀有利于微量组分的共沉淀.与金属离子生成的难溶性化合物表面吸附少与金属离子生成的难溶性化合物表面吸附少,选择性高选择性高,分离效果好分离效果好.有机共沉淀一般以下列三种方式进行共沉有机共沉淀一般以下列三种方式进行共沉淀分离淀分离.a.利用胶体的凝聚作用进地共沉淀利用胶体的凝聚作用进地共沉淀 钨钨,铌铌,钽钽,等的含氧酸常沉淀不完全等的含氧酸常沉淀不完全,有少量的含有少量的含氧酸以带负电荷的胶体微粒留于溶液中，形成胶
20、氧酸以带负电荷的胶体微粒留于溶液中，形成胶体溶液。可用辛可宁，丹宁，动物胶等将它们共体溶液。可用辛可宁，丹宁，动物胶等将它们共沉淀下来。沉淀下来。例如，在钨酸的胶体溶液中，可加入例如，在钨酸的胶体溶液中，可加入辛可宁，辛可宁在酸性的溶液中带有正电荷，能辛可宁，辛可宁在酸性的溶液中带有正电荷，能与带负电荷的钨酸胶体凝聚而沉淀下来，此外，与带负电荷的钨酸胶体凝聚而沉淀下来，此外，丹宁可凝聚铌，钽的含氧酸。丹宁可凝聚铌，钽的含氧酸。b.利用形成离子缔合物进行共沉淀利用形成离子缔合物进行共沉淀 一些分子质量较大的有机化合物，如甲基紫，孔一些分子质量较大的有机化合物，如甲基紫，孔雀绿，品红及亚甲基蓝等，
21、在酸性溶液中带正电雀绿，品红及亚甲基蓝等，在酸性溶液中带正电荷，当它们遇到以络阴离子形式存在荷，当它们遇到以络阴离子形式存在金属金属络离子络离子时，能生成微溶性的离子缔合物而被共沉淀出来时，能生成微溶性的离子缔合物而被共沉淀出来。n在这种共沉淀体系中，作为金属络阴子配位体有在这种共沉淀体系中，作为金属络阴子配位体有Cl-，Br-,I-,SCN-等；被共沉淀的金属离子有等；被共沉淀的金属离子有Zn2+,In(),Cd2+,Hg2+,Bi3+,Au(),Sb(),等。等。例如，在含有大量例如，在含有大量SCN-的的Zn出来。出来。SCN-的微的微酸性溶液中加入甲基紫，由于甲基紫能与酸性溶液中加入甲
22、基紫，由于甲基紫能与SCN-生成离子缔合物沉淀，从而使甲基紫与生成离子缔合物沉淀，从而使甲基紫与Zn SCN-生成离子缔合物被共沉淀下来。生成离子缔合物被共沉淀下来。C 利用利用“固体萃取剂固体萃取剂”进行共沉淀进行共沉淀 1.萃取过程的本质萃取过程的本质易溶于水而难溶于有机溶剂的性质称为亲水性。易溶于水而难溶于有机溶剂的性质称为亲水性。许多有机化合物具有难溶于水而易溶于有机溶剂许多有机化合物具有难溶于水而易溶于有机溶剂的性质称为的性质称为疏水性或亲油性疏水性或亲油性。萃取分离就是从水相中将有机离子萃取到有机相萃取分离就是从水相中将有机离子萃取到有机相以达到分离的目的。以达到分离的目的。11.
23、4萃取分离法萃取分离法离子都具有亲水性，物质含亲水基团越多，离子都具有亲水性，物质含亲水基团越多，其亲水性越强。常见的亲水基团有其亲水性越强。常见的亲水基团有OH，SO3H，NH2，NH等。物质等。物质含疏水基团越多，相对分子量越大，其疏含疏水基团越多，相对分子量越大，其疏水性越强。常见的疏水基团有烷基如水性越强。常见的疏水基团有烷基如CH3，C2H5，卤代烷基等；芳香基如苯，卤代烷基等；芳香基如苯基，萘基等基，萘基等.n 现以萃取现以萃取Ni2+为例，说明在萃取过程中为例，说明在萃取过程中Ni2 如何从亲水如何从亲水性转化为疏水性的。性转化为疏水性的。Ni2 在水中以水合离子在水中以水合离子
24、 形式存形式存在，是亲水的。要使其转化为疏水的，并溶于有机溶剂中，在，是亲水的。要使其转化为疏水的，并溶于有机溶剂中，就要中和它的电荷，并用疏水基团取代水分子。为此在就要中和它的电荷，并用疏水基团取代水分子。为此在pH89的氨性溶液中，加入丁二酮肟，使其与的氨性溶液中，加入丁二酮肟，使其与Ni2 形成螯形成螯合物。此螯合物不带电荷，而且合物。此螯合物不带电荷，而且Ni2 被疏水团包围，因而具被疏水团包围，因而具有亲水性，可被氯仿萃取。有亲水性，可被氯仿萃取。有时需要将有机相的物质再转入水相，这个过程称为反萃有时需要将有机相的物质再转入水相，这个过程称为反萃取。例如丁二酮肟镍螯合物，被氯仿萃取后
25、，若加入盐酸于取。例如丁二酮肟镍螯合物，被氯仿萃取后，若加入盐酸于有机相中，当酸的浓度达到有机相中，当酸的浓度达到0.5 1mol.L-1时，螯合物被破时，螯合物被破坏，坏，Ni2 又恢复了亲水性，重新回到水相。萃取和反萃取配又恢复了亲水性，重新回到水相。萃取和反萃取配合使用，能提高萃取分离的选择性。合使用，能提高萃取分离的选择性。26Ni(H2O)物质在水相和有机相中都有一定的溶解度，亲物质在水相和有机相中都有一定的溶解度，亲水性强的物质在水相中的溶解度较大，在有机水性强的物质在水相中的溶解度较大，在有机相中的溶解度较小；相中的溶解度较小；疏水性强的物质则与此疏水性强的物质则与此相反。在萃取
26、分离中，达到平衡状态时，被萃相反。在萃取分离中，达到平衡状态时，被萃取物质在有机相和水相中都有一定浓度。取物质在有机相和水相中都有一定浓度。a.分配系数分配系数 用有机溶剂从水相中萃取溶质用有机溶剂从水相中萃取溶质A时，如果时，如果溶质溶质A在两相中存在的型体相同，平衡时在有机相中的浓在两相中存在的型体相同，平衡时在有机相中的浓度度Ao和在水相中的浓度和在水相中的浓度AW之比称为分配系数，用之比称为分配系数，用KD表表示。在给定的温度下，示。在给定的温度下，KD是一常数。是一常数。此式称为分配定律，它只适合于浓度较低的稀此式称为分配定律，它只适合于浓度较低的稀溶液，而且溶质在两相中均以单一的相
27、同的溶液，而且溶质在两相中均以单一的相同的形式存在。形式存在。WODAAKb.分配比分配比 在实际工作中，常遇到溶质在水相中和有机相在实际工作中，常遇到溶质在水相中和有机相中具有多种存在形式，此时分配定律就不适用了。通常中具有多种存在形式，此时分配定律就不适用了。通常将溶质在有机相中的各种存在形式的总浓度将溶质在有机相中的各种存在形式的总浓度Co和在水相和在水相中的各种存在形式的总浓度中的各种存在形式的总浓度Cw之比，称为分配比，用之比，称为分配比，用D来表示：来表示：当两相的体积相等时，若当两相的体积相等时，若D大于大于1，说明溶质进入有机相的，说明溶质进入有机相的量比留在水相中的量多。如用
28、量比留在水相中的量多。如用CCl4萃取萃取I2这样的简单体这样的简单体系，当溶质在两相中均以单一的相同形式存在，且溶液系，当溶质在两相中均以单一的相同形式存在，且溶液较稀，此时，较稀，此时，KD=Do。在复杂体系中。在复杂体系中KD和和D不相等。如不相等。如用用CCl4萃取萃取OSO4时，分配比为：时，分配比为：WSWSWSOSOSOHOOOOOOOOOD62544444CwCoDn分配比除与一些常数有关外，还与酸分配比除与一些常数有关外，还与酸度，溶质的浓度等因素有关，它并不度，溶质的浓度等因素有关，它并不是一个常数。是一个常数。3.萃取百分率萃取百分率在实际工作中，常用萃取百分率在实际工作
29、中，常用萃取百分率E来表示萃取的完全程度。来表示萃取的完全程度。萃取百分率是物质被萃取到有机相中的比率。萃取百分率是物质被萃取到有机相中的比率。%100/%100OWWWOOOOVVDDVCVCVCEE被萃取物质的总量的总量被萃取物质在有机相中%1001DDE设设Vw（ml)溶液内含有被萃取为溶液内含有被萃取为mo(g),用用Vo（ml)溶剂溶剂萃取一次，水相中剩余被萃取物萃取一次，水相中剩余被萃取物m1(g),则进入有机相则进入有机相的质量是（的质量是（mo-m1)(若用若用Vo(ml)溶剂，萃取溶剂，萃取n 次，水次，水相中剩余被萃取物为相中剩余被萃取物为mn(g),则：则：故故 WooW
30、OVmVmmCCD/11WOwOVDVVmm1nwOwOnVDVVmm/1.螯合物萃取体系螯合物萃取体系 螯合物萃取体系广泛应用于金属阳离子的萃取。所螯合物萃取体系广泛应用于金属阳离子的萃取。所选用的螯合剂能与待萃取的金属离子形成不带电的选用的螯合剂能与待萃取的金属离子形成不带电的中性螯合物，同时应有较多的疏水基团，才能有利中性螯合物，同时应有较多的疏水基团，才能有利于有机溶剂萃取金属离子于有机溶剂萃取金属离子。2.离子缔合物萃取体系 阳离子和阴离子通过静电吸引力结合形成的电中性化合物，称为离子缔合物。许多金属阳离子和金属络阴离子以及一些酸根离子，能形成疏水性的离子缔合物而被萃取。离子的体积越
31、大，电荷越少，越容易形成疏水性的离子缔结合物。a.金属阳离子的离子缔合物 水合金属阳离子与适当的络合剂 作用，形成没有或很少配位水分子的络阳离子，然后与大体积的阴离子缔合，形成疏水性的离子缔合物。例如，Cu2+与2.9二甲基1，10邻二氮的螯合物带正电荷，能与氯离子生成可被氯仿萃取的离子缔合物。b.金属络合阴离子或无机酸根的离子缔合物 许多金属离子能形成络阴离子（如 );许多无机酸在水溶液中以阴离子形式存在，为了萃取这些离子，可利用一种大分子量的有机阳离子和它们形成疏水性的离子缔合物。例如在HCl介质中用乙醚萃取 时，溶剂乙醚与H+键合形成佯离子，该离子与铁的络合物离子缔合物形成中性分子，可被
32、有机溶剂萃取。-4CaCL4FeCl3.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原子与无机化合物中的金属离子相键合，形成溶剂化合物，从而溶于该有机溶剂中，以这种形式进行萃取的体系，称为溶剂 化合物萃取体系。例如用磷酸三丁酯萃取FeCl3或FeCl4.杂多酸的萃取体系一般也属于溶剂化合物萃取体系。4，简单分子萃取体系 一些无机化合物，如I2，Cl2，Br2等稳定的共价化合物，它们在水溶液中主要是以分子形式存在，不带电荷。利用CCl4,CHCl3和苯等惰性溶剂，可将它们萃取出来。螯合物萃取体系，讨论选择萃取的条件的原则。影响金属螯合物萃的因素很多，这从螯合物的萃取平衡可以看出。设
33、金属离子Mn+与螯合物的萃取平衡可以看出来。设金属离子Mn+螯合剂HR作用生成螯合物MRn而被有机溶剂所萃取。如果HR易溶于有机相而难溶于水相，则萃取反应可用下式来表示.从上可以看出，金属离子的分配比决定于Kex，螯合剂浓度及溶液的酸度。实际工作中选择萃取条件时，主要考虑以下几点：wonOwnHnMRHRnMnownnwonexHRMHMRKnwnoexwnOnHHRKMMRD由上式可以得出什么结论？1.螯合剂的选择 螯合剂与金属离子生成的螯合物越稳定，萃取效率就越高，螯合剂含疏水基团越多，亲水基团越少，萃取效率就越高。2.溶液的酸度 溶液的酸度越低，则D值越大，就越利于萃取。但是当溶液的酸度
34、太低时，金属离子可能发生水解，引起其它干扰反应，对萃取反而不利。因此，必须正确控制萃取时的酸度。nWnoexwnonnonnwnexWnWnHHRKMMRDHRMHMRKHnMRHRnM)()()()(nHDnnDnonnwnexHRKHRKMRKHRMHMRK)()()(公式中每个参数代表什么？3.萃取溶剂的选择金属螯合物在溶剂中应较大的溶解度。通常根据螯合物的结构，选择结构相似的溶剂。例如含烷基的螯合物可用卤代烷烃作萃取溶剂；含芳香基的螯合物可用芳香烃作萃取溶剂。此外，对螯合物萃取体系，一般采用惰性溶剂；萃取溶剂的密度与水溶液的密度差别要大，粘度要小，萃取溶剂最好无毒，无特殊气味，挥发性小
35、。a.控制酸度 控制适当的酸度，有时可选择性地萃取一种离子，或连续不断地萃取几种离子，使其与干扰离子分离。1.萃取方式 2.分层萃取后应让溶液静置一会儿，待其分层，然后将两相分开，分开两相时，不应使被测组分损失，也不要混入其它杂质或干扰组分。在两相的交界处，有时会出现一层乳浊液，其产生的原因可能是：因振荡过于激烈，使一相在另一相中高度分散，形成乳浊液；反应中形成某种微溶化合物，既不溶于水，也不溶于有机相。以致辞在界面上出现沉淀。甚至形成乳浊液。一般来说，采用增大萃取剂用量，加入电解质。改变溶液酸度，振荡不过于激烈等措施，使相应的乳浊液消失。3.洗涤在萃取分离时，当被测组分进入有机相时，其它干扰
36、组分也可敬进入有机相中。杂质被萃取的程度决定于其分配比。若杂质的分配比很小，可用洗涤的方法除去。洗涤液的基本组成与试液相同，但不含试样。将分出的有机相与洗涤液一起振荡，由于杂质的分配比小，容易转入水相，因被洗去。但此时待测组分也会损失一些，在待测物质的分配比较大的前提下，一般洗涤12次不致于影响分析结果的准确度。4.反萃取若进行萃取比色测定，则可将有机相直接进行光度测定。若萃取是用于分离，则通常将有机相用解脱液振荡使被套萃物再转入水相，然后再用其它的方法测定。反萃取用一定体积的含氧酸或碱或其它试剂的水溶液，其酸度与原试液不同，其作用是降低被套萃取物的稳定性，破坏被套萃取物的疏水性。采用不同的反
37、萃液，分别反萃有机相中现同待测组分，提高了萃取分离的选择性。6 萃取方法及分析化学中的应用萃取方法及分析化学中的应用萃取方法萃取方法 单级萃取单级萃取 连续萃取连续萃取 多级萃取多级萃取萃取剂比水重萃取剂比水重 萃取剂比水轻萃取剂比水轻 索氏萃取器索氏萃取器7 固相萃取和固相微萃取固相萃取和固相微萃取固相萃取：液固相萃取：液-固分离固分离分离载体一般为硅氧基甲烷，颗粒直径分离载体一般为硅氧基甲烷，颗粒直径40-80 m mm选适宜选适宜SPE管管加入样品溶液到载体加入样品溶液到载体洗涤除去共存物洗涤除去共存物洗脱待分离物质洗脱待分离物质润湿载体润湿载体一般程序为：一般程序为：固相微萃取技术固相
38、微萃取技术 始于始于1992年，年，(加拿大的加拿大的Janusz Pawliszyn)原理：原理：超临界流体萃取超临界流体萃取:气气-固萃取固萃取 萃取剂萃取剂:超临界条件下的气体超临界条件下的气体 粘度低，接近零的表面张力，比很多液体容易渗透粘度低，接近零的表面张力，比很多液体容易渗透固体颗粒，易于除去。固体颗粒，易于除去。8 超临界流体萃取超临界流体萃取超临界萃取分离设备组成及流程：超临界萃取分离设备组成及流程：超临界流体超临界流体:1822年年,Baron C.Cagnaird 发现，如果加热某气体在一发现，如果加热某气体在一定的温度以上时，无论施加多大的压力都不能迫使该气定的温度以上
39、时，无论施加多大的压力都不能迫使该气体成为液体，那个温度叫体成为液体，那个温度叫临界温度临界温度。在这个温度使气体。在这个温度使气体变为液体的最低压力，叫变为液体的最低压力，叫临界压力临界压力。在这个条件以上的。在这个条件以上的任意气体知道处于超临界。任意气体知道处于超临界。一些气体的临界温度和压力一些气体的临界温度和压力11.5离子交换分离法离子交换分离法n离子交换分离法是利用离子交换剂与溶液中的离子之离子交换分离法是利用离子交换剂与溶液中的离子之间所发生的交换反应进行分离的方法。间所发生的交换反应进行分离的方法。这种方法分离这种方法分离效率高，既能用于带相反电荷的离子之间的分离，还效率高，
40、既能用于带相反电荷的离子之间的分离，还可用于带相同电荷或性质相近的离子之间的分离，同可用于带相同电荷或性质相近的离子之间的分离，同时还广泛用于微量组分的富集和高纯物质的制备等。时还广泛用于微量组分的富集和高纯物质的制备等。方法的缺点是操作较麻烦，周期长。所以，分析化学方法的缺点是操作较麻烦，周期长。所以，分析化学中一般只用它来解决一些比较困难的分离问题。中一般只用它来解决一些比较困难的分离问题。11.5.111.5.1离子交换剂的种类和性质离子交换剂的种类和性质1.离子交换剂的种类离子交换剂的种类离子交换剂的种类很多，离子交换剂的种类很多，主要分为无机离子交换剂主要分为无机离子交换剂和有机离子
41、交换剂两大类。目前分析化学中应用和有机离子交换剂两大类。目前分析化学中应用较多的是有机离子交换剂。较多的是有机离子交换剂。有机离子交换剂是一有机离子交换剂是一种高分子聚合物，称为离子交换树脂。离子交换种高分子聚合物，称为离子交换树脂。离子交换树脂具有网状结构，在水，酸和碱中难溶，对有树脂具有网状结构，在水，酸和碱中难溶，对有机溶剂，氧化剂，还原剂和其它化学试剂具有一机溶剂，氧化剂，还原剂和其它化学试剂具有一定的稳定性。对热也较稳定。定的稳定性。对热也较稳定。在离子交换树脂的在离子交换树脂的网状结构骨架上，有许多可以与溶液中的离子起网状结构骨架上，有许多可以与溶液中的离子起交换作用的活性基团。如
42、交换作用的活性基团。如COOH等，按性能可等，按性能可分为七类。分为七类。A 阳离子交换树脂阳离子交换树脂 这类树脂的活性交换基团为酸性，它的阳离子可被这类树脂的活性交换基团为酸性，它的阳离子可被溶液中的阳离子所交换，根据活性基团的强弱，可溶液中的阳离子所交换，根据活性基团的强弱，可分为强酸型和弱酸型两类。强酸型树脂含有磺酸基分为强酸型和弱酸型两类。强酸型树脂含有磺酸基（SO3H），弱酸性这类树脂含有羧基或酚羟基。），弱酸性这类树脂含有羧基或酚羟基。这类树脂以强酸型应用较广，在酸性，中性和碱性这类树脂以强酸型应用较广，在酸性，中性和碱性溶液中都能使用，弱酸性树脂对溶液中都能使用，弱酸性树脂对H
43、+的亲和力大，的亲和力大，在酸性溶液中不宜使用。对于在酸性溶液中不宜使用。对于RCOOH和和ROH树脂，要求溶液的树脂，要求溶液的pH值分别不能小于值分别不能小于4和和9.5。但。但这类树脂容易用酸洗脱，选择性高，故常用于分离这类树脂容易用酸洗脱，选择性高，故常用于分离不同强度的有机碱。不同强度的有机碱。这类树脂的活性交换基团为碱性的，它的阴离子这类树脂的活性交换基团为碱性的，它的阴离子可被溶液中的其它阴离子交换。根据活性基团的强可被溶液中的其它阴离子交换。根据活性基团的强弱，可分为强碱型和弱碱型两类。强碱型树脂含季弱，可分为强碱型和弱碱型两类。强碱型树脂含季胺基胺基N（CH3）3Cl，弱碱型
44、树脂含有伯胺基（，弱碱型树脂含有伯胺基（NH2），仲胺基（），仲胺基（=NH）或叔）或叔 胺基，这类树脂以胺基，这类树脂以强碱型树脂应用较广，在酸性，中性和碱性溶液中强碱型树脂应用较广，在酸性，中性和碱性溶液中都城能使用。弱碱性树脂对都城能使用。弱碱性树脂对OH-的亲和力大，在碱的亲和力大，在碱性溶液中不宜使用。性溶液中不宜使用。这类树脂含有特殊的活性基团，可与一些金属离这类树脂含有特殊的活性基团，可与一些金属离子形成子形成.螯合物，在交换过程中能选择性地交螯合物，在交换过程中能选择性地交换一些金属离子，所以对化学分离意义重大，换一些金属离子，所以对化学分离意义重大，现已合成了许多类的螯合树脂
45、，例如国产现已合成了许多类的螯合树脂，例如国产#401是属于氨羧基是属于氨羧基N（CH2COOH）2.螯螯合树脂。利用这种方法同样可以制备含有一些合树脂。利用这种方法同样可以制备含有一些金属离子的树脂来分离含有一些官能团的有机金属离子的树脂来分离含有一些官能团的有机化合物。如含汞的树脂可分离含有疏基的化合化合物。如含汞的树脂可分离含有疏基的化合物，例如胱氨酸等，这类树脂的特点是选择性物，例如胱氨酸等，这类树脂的特点是选择性高，缺点是制备难度大，成本高，交换量低。高，缺点是制备难度大，成本高，交换量低。这类树脂是在聚合加入适当的致孔剂，使在网状固这类树脂是在聚合加入适当的致孔剂，使在网状固化和链
46、节单元形成的过程中，填垫惰性分子，预化和链节单元形成的过程中，填垫惰性分子，预先留下孔道，它不参与反应，在骨架形成后提出先留下孔道，它不参与反应，在骨架形成后提出致孔剂，留下永久孔道。它比一般树脂有更多，致孔剂，留下永久孔道。它比一般树脂有更多，更大的孔，因此表面积大，离子容易迁移扩散，更大的孔，因此表面积大，离子容易迁移扩散，富集速度快，耐氧化，耐磨，耐冷热变化具有较富集速度快，耐氧化，耐磨，耐冷热变化具有较高的稳定性高的稳定性合成的大孔树脂在不需要溶涨的情况下进行功合成的大孔树脂在不需要溶涨的情况下进行功能基反应而成为阳，阴离子交换树脂，例如能基反应而成为阳，阴离子交换树脂，例如国产国产D
47、202钠型大孔阳离子交换树脂，钠型大孔阳离子交换树脂，D301氯型大孔阴离子交换树脂。合成的大孔树脂氯型大孔阴离子交换树脂。合成的大孔树脂若不经功能基反应则成为大孔吸附树脂，它若不经功能基反应则成为大孔吸附树脂，它是不带离子交换基团的多孔性树脂骨架，它是不带离子交换基团的多孔性树脂骨架，它对许多有机物具有吸附作用，因而常用于有对许多有机物具有吸附作用，因而常用于有机化合物的分离。按其极性可分为非极性，机化合物的分离。按其极性可分为非极性，中极性，和极性三种。中极性，和极性三种。这类树脂含可逆的氧化还原基团，可与溶液这类树脂含可逆的氧化还原基团，可与溶液中的离子发生电子转移，主要用于氧化还中的离
48、子发生电子转移，主要用于氧化还原试剂而不引入杂质，提高产品的纯度，原试剂而不引入杂质，提高产品的纯度，除去溶液中溶解的氧气。例如，作为氧化除去溶液中溶解的氧气。例如，作为氧化剂，将二苯肼氧化为偶氮苯。剂，将二苯肼氧化为偶氮苯。也称萃取树脂，是一种含有液态萃取剂的树也称萃取树脂，是一种含有液态萃取剂的树脂，是以苯乙烯脂，是以苯乙烯-二乙烯苯为骨架的大孔架二乙烯苯为骨架的大孔架的大孔结构和有机萃取剂的共聚物，兼有的大孔结构和有机萃取剂的共聚物，兼有离子交换法和萃取法的优点。例如，离子交换法和萃取法的优点。例如，TBP萃淋树脂可用于分离工业废水中的萃淋树脂可用于分离工业废水中的Cr(VI)，P507
49、萃淋树脂用于分离稀土元素，萃淋树脂用于分离稀土元素，PMBP萃淋树脂用于分离测定钙中稀土元素。萃淋树脂用于分离测定钙中稀土元素。G.纤维交换剂纤维交换剂天然纤维上的羧基进行酯化，磷酸化，羧基天然纤维上的羧基进行酯化，磷酸化，羧基化后可制成阳离子交换剂；经过胺化后制化后可制成阳离子交换剂；经过胺化后制成阴离子交换剂。纤维交换剂是开放性的成阴离子交换剂。纤维交换剂是开放性的长链，表面积大，孔隙宽松，稳定性高，长链，表面积大，孔隙宽松，稳定性高，交换速度快，容易洗脱，分离能力强，主交换速度快，容易洗脱，分离能力强，主要用于提纯分离蛋白质，氨基酸，酶，激要用于提纯分离蛋白质，氨基酸，酶，激素等，也用于
50、分离富集无机离子。例如用素等，也用于分离富集无机离子。例如用膦酸纤维素层分离汞，镉，锌和铅。膦酸纤维素层分离汞，镉，锌和铅。2.离子交换树脂的结构离子交换树脂的结构离子交换树脂为具有网状结构的高聚物。例如常用的磺离子交换树脂为具有网状结构的高聚物。例如常用的磺酸型阳离子交换树脂，是有苯乙烯与二乙烯苯的共聚酸型阳离子交换树脂，是有苯乙烯与二乙烯苯的共聚物经磺化后制得的。在树脂庞大经构中，碳链和苯环物经磺化后制得的。在树脂庞大经构中，碳链和苯环形成树脂的骨架，它具有可伸缩性的网状结构，基上形成树脂的骨架，它具有可伸缩性的网状结构，基上的磺酸基是活性基层团。当这种树脂浸泡在水中的磺酸基是活性基层团。
