第11章分析化学中的分离与富集方法

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1、第第11章章 分析化学中的常用分离富集方法分析化学中的常用分离富集方法 (Methods for Separation and Enrichment)11.1 概述概述1. 分离富集的目的分离富集的目的（1）基体组成非常复杂，并且干扰组分量相对比较大的条件）基体组成非常复杂，并且干扰组分量相对比较大的条件 下下分离分离（2）试样中待测组分的含量较低，而现有测定方法的灵敏度）试样中待测组分的含量较低，而现有测定方法的灵敏度 不够高不够高富集或分离富集富集或分离富集2. 对分离富集的要求对分离富集的要求: 干扰成分减少至不再干扰干扰成分减少至不再干扰. 待测组分待测组分有效回收有效回收.%100%

2、原始含量分离后测量值）回收率（质质量量分分数数 大大于于 1 001一一 1 低低于于 001 回回收收率率 999 99 90一一 95 11.2 液液-液萃取分离法液萃取分离法萃取分离法萃取分离法：将与水将与水不相混溶的有机溶剂不相混溶的有机溶剂与含有被分离组分的与含有被分离组分的试液一起振荡，使被试液一起振荡，使被分离组分进入有机相分离组分进入有机相中，而与其他组分分中，而与其他组分分离的方法。离的方法。反萃取：反萃取：将疏水性的物质从有机相再转入水相的过程。将疏水性的物质从有机相再转入水相的过程。11.2.1 萃取分离法的基本原理萃取分离法的基本原理1.萃取过程的本质萃取过程的本质物质

3、物质亲水性亲水性:疏水性疏水性:共价键化合物，共价键化合物，弱极性或非极性弱极性或非极性疏水基团疏水基团:一一CH3，一一C2H3， 卤代烷基，苯基、萘基等卤代烷基，苯基、萘基等亲水基团亲水基团:一一OH，一一SO3H，一一NH2，=NH无机离子，极性化合物无机离子，极性化合物物质含疏水基团越多，相对分子质量越大，其疏水性越强。物质含疏水基团越多，相对分子质量越大，其疏水性越强。物质含亲水基团越多，其亲水性越强。物质含亲水基团越多，其亲水性越强。例，例，8-羟基喹啉羟基喹啉-CHCl3对对Al 3+ 的萃取的萃取Al(H2O)6 3+ 3 NOHAlNO+ 3 H+ 6 H2O 3亲水亲水疏水

4、疏水溶于溶于CHCl38-羟基喹啉羟基喹啉-萃取剂萃取剂CHCl3 -溶剂溶剂萃取分离的实质萃取分离的实质:将待萃取组分由亲水性物质转化为疏水性物质的过程将待萃取组分由亲水性物质转化为疏水性物质的过程.(1) 分配系数分配系数HA (w) HA (o)萃取平衡时萃取平衡时:wDKHAHAoKD分配系数分配系数,热力学常数热力学常数-分配定律分配定律 适用范围适用范围: : 浓度较低的稀溶液，而且溶质在两相中以相浓度较低的稀溶液，而且溶质在两相中以相 同的单一形式存在同的单一形式存在. . 2 2分配系数和分配比分配系数和分配比如：用如：用CCl4萃取萃取I2，I2在两相的存在形式相同。在两相的

5、存在形式相同。(2)(2)分配比分配比溶质在有机相中的总浓度溶质在有机相中的总浓度c cO O和在水相中的总浓度和在水相中的总浓度c cW W之比之比. .wCCDHA,oHA,例：例：wwoowAcHAcAcHAcCCDHAc,oHAc,对于对于I2， KDD一般要求一般要求D103.3.萃取百分率萃取百分率-表示萃取的完成程度表示萃取的完成程度萃取百分率萃取百分率E: E: 物质被萃取到有机相中的比率。物质被萃取到有机相中的比率。 %100溶质的总量溶质在有机相中的量EE与与D的关系的关系:%100WWOOOOVCVCVCE:OWVV1DDE%100OWVVDDE分子分母同除以分子分母同除

6、以CwVo多次萃取多次萃取设用设用 Vo mL 有机溶剂萃取有机溶剂萃取 Vw mL中含量为中含量为 m0 的的 A 物质，一次萃取后水相剩余物质，一次萃取后水相剩余 A 的质量为的质量为 m1 g.根据分配比定义根据分配比定义:wowoVmVmmCCD/ )(110整理，得整理，得:wowVDVVmm01萃取萃取 n 次，同理可得次，同理可得:nwownVDVVmm)(0%10000mmmEnn 次萃取的萃取率次萃取的萃取率:例题例题: 含含I2的水溶液的水溶液10ml，其中含碘，其中含碘1.00mg。用。用 9mL CCl4 按以下方式萃取按以下方式萃取 I2 , 计算萃取百分计算萃取百分

7、率：（率：（1） 9mL一次萃取。（一次萃取。（2） 9mL分三次分三次萃取。已知萃取。已知D85。1)、萃取一次、萃取一次 ，m1 = 0.013 mg ，E98.72)、分、分3次萃取，每次用次萃取，每次用3mL 有机溶剂有机溶剂 m2 = 0.00006mgE % = 99.99%7.98%100OWVVDDE或：11.2.2.11.2.2.重要的萃取体系重要的萃取体系11.2.3 11.2.3 萃取条件的选择萃取条件的选择 11.2.4. 萃取分离技术萃取分离技术 萃取原则：萃取原则：用同样量的萃取剂，分多次萃取比一用同样量的萃取剂，分多次萃取比一 次萃取的效率高次萃取的效率高. 少量

8、多次少量多次.概述概述离子交换分离法离子交换分离法： 利用利用离子交换剂离子交换剂与溶液中的离子之间所发生的与溶液中的离子之间所发生的交换反应进行分离的方法。交换反应进行分离的方法。离子交换分离法特点离子交换分离法特点：（1 1）分离效率高）分离效率高. .（2 2）适用于带电荷的离子之间的分离，还可用于）适用于带电荷的离子之间的分离，还可用于 带电荷与中性物质的分离带电荷与中性物质的分离制备等。制备等。（3 3）适）适用于微量组分的富集和高纯物质的制备用于微量组分的富集和高纯物质的制备（4 4）方法的缺点是操作麻烦，周期长。一般只用方法的缺点是操作麻烦，周期长。一般只用于解决某些比较复杂的分

9、离问题于解决某些比较复杂的分离问题。11.3 离子交换分离法离子交换分离法11.3.1 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:无机离子交换剂无机离子交换剂有机离子交换剂：离子交换树脂有机离子交换剂：离子交换树脂特种树脂：特种树脂：离子交换树脂：应用广离子交换树脂：应用广性质：难溶于水、酸和碱。对热、有机溶剂、氧化剂、还性质：难溶于水、酸和碱。对热、有机溶剂、氧化剂、还原剂和其它化学试剂具有一定的稳定性。原剂和其它化学试剂具有一定的稳定性。结构特点：网状结构且骨架上有可以与被交换离子起交换结构特点：网状结构且骨架上有可以与被交换离子起交换作用的活性基

10、团作用的活性基团. 离子交换树脂的分类离子交换树脂的分类-依据活性基团分类依据活性基团分类强酸型强酸型弱酸型弱酸型SO3HCOOHOH阳离子交换树脂阳离子交换树脂 交换基为酸性，交换基为酸性，H+与阳离子交换与阳离子交换阴离子交换树脂阴离子交换树脂交换基为碱性，交换基为碱性，阴离子发生交换阴离子发生交换强碱型强碱型弱碱型弱碱型RN(CH3)3ClRNH3 RNHCH3RN (CH3) 2使用使用 pH 范围范围 0-14 pH 4pH 9.50-14pH 9.5pH 7pH 7R-NH2 + H2O R-N+H3 OH- 水化作用水化作用2. 离子交换树脂的结构离子交换树脂的结构聚苯乙烯磺酸型

11、阳离子交换树脂聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂CH=C H2+CH=C H2CH=C H2H2SO4CHCH2CHCHCH2CH2CH2CHCHCH2CHCHCH2CH2CH2CHCHCH2CHCHCH2CH2CH2CHCHCH2CHCHCH2CH2CH2CHSO3HSO3HSO3HSO3H聚合聚合磺化磺化交联剂交联剂活性基活性基团团交联作用交联作用3. 交联度和交换容量交联度和交换容量(1) 交联度交联度:表征骨架性能的参数表征骨架性能的参数指交联剂在反应物中所占的质量分数指交联剂在反应物中所占的质量分数交联度与交换性能的关系：交联度与交换性能的关系：交联度大交联度大, 树脂孔隙树脂孔隙 ，交换