分析化学课件常用的分离和富集方法沉淀分离法

1,本章内容 第一节 概述 第二节 沉淀分离法 第三节 溶剂萃取分离法 第四节 离子交换分离法（自学） 第五节 液相色谱分离法（自学） 第六章 其他生物试样分离技术（自学）,第十二章 常用的分离和富集方法,2,定量分析工作一般包括下列步骤：,（2）试样的预处理（分解或提取）；,（5）分析结果的计算和评价。,（4）测定；,（1）试样的采取与制备；,（3）干扰组分的消除；,第十二章 常用的分离和富集方法,第一节 概述,3,试样的分离比测定更困难!,EDTA Ca2+、Cu2+,一、为什么分离？,1 样品组成的复杂性，在测定其中某一组分时，共存组分产生干扰-分离(Separation)。,第十二章 常用的分离和富集方法,第一节 概述,常用的消除干扰的方法：（1）控制分析条件；（2）掩蔽；（3）分离,4,2 欲测组分的含量极微，测定方法的灵敏度不够-富集(Enrichment)。,例如：测定海水中的痕量铀（ng/mL）。,常规方法无法测定！,5,活性吸附，单宁甲基紫共沉淀,可将1000L,0.01L(浓度富集105倍), 0.1 0.2mg/mL。,怎么办？,需富集！,6,1 将被测组分从复杂体系中分离出来后测定,二、分离在定量分析中的作用,2 把对测定有干扰的组分分离除去,3 将性质相近的组分相互分开,4 把微量或痕量的待测组分通过分离达到富集的目的,分离前的体系：均相； 分离体系总是两相：液-液；液-固；气-液。,7,三、常用分离方法,1 沉淀分离法传统分离方法，采用沉淀剂；液-固分离。,2 溶剂萃取分离法被分离物质由一液相转入互不相溶的另一液相的过程；液-液两相；互不相溶。,8,3 离子交换分离法通过带电荷溶质与固体（或液体）离子交换剂中可交换的离子进行反复多次交换而达到分离。, 色谱分离方法柱色层；纸色层；薄层色层；,9,四、对分离或富集的要求,理想的分离是把个组分的物质分成个彼此分开的部分理想境界。,任何两组分都不易达到100%的分离。,10,定量分析对分离的要求：,待测组分A在分离过程中的损失要小，即回收完全；,干扰组分B的残留量小。,衡量分离效果的量化参数： 回收率RA ；,11,回收率：,实际工作中，被测组分的含量不同，对的要求也不同。 常量组分（含量）： 99% 微量组分（含量0.01%-）：R：90%-95%,12,第二节 沉淀分离法,一、无机沉淀剂分离法：基本原理为溶度积原理。Qi > KSP 无机沉淀剂有很多，形成的沉淀类型也很多，如硫酸盐、碳酸盐、草酸盐、磷酸盐、氢氧化物、硫化物等。,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。,利用沉淀分离法使被测离子与干扰离子分离有两种情况：1）利用沉淀反应使待测组分沉淀出来；2）利用沉淀反应将干扰组分沉淀除去。,在定量分析中，沉淀分离法只适合于常量组分而不适合于微量组分的分离。,13,有机沉淀剂按其作用原理分为：螯合物沉淀剂、 离子缔合物沉淀剂、三元络合物沉淀剂。,二、有机沉淀剂分离法,与无机沉淀剂相比，有机沉淀剂的选择性和灵敏度都较高，生成的沉淀纯净，溶解度小，易于过滤、洗涤。所以，有机沉淀剂在沉淀分离法中的应用日益广泛，有机沉淀剂的研究和应用是沉淀分离法的发展方向。,14,第三节 溶剂萃取分离法,溶剂萃取分离法(液-液萃取分离法)：利用物质对水的亲疏性不同而进行分离的一种方法。,物质易溶于水而难溶于非极性有机溶剂的性质称为亲水性；,物质难溶于水而易溶于非极性有机溶剂的性质称为疏水性。,萃取分离法,15,定义 利用二相间的振荡，使一些组份进入有机相，另一些组份留 在水相中的分离方法。,优点：设备简单、操作快速、分离效果好。,缺点：劳动强度大、有机溶剂易挥发、易燃、有 毒。,16,一 萃取分离的基本原理,物质对水的亲疏性规律：,（一）萃取过程的本质：将物质由亲水性转变为疏 水性的过程。,（2）极性化合物具有亲水性，非极性化合物具有疏水性；,（1）金属离子都有亲水性；,（3）物质含亲水基团越多，其亲水性越强；物质含疏水基团越多、疏水基团越大、其疏水性越强。,17,常见的疏水基团：芳香基(-Ar)、烷基(-R)、卤代烷基(-RX) 等为疏水基团。,常见的亲水基团：羟基(-OH)、羧基 (-COOH)、氨基(-NH2、=NH)和磺酸基 (-SO3H)等为亲水基团。,18,（二）分配系数和分配比,分配系数大的物质，绝大部分进入有机相，分配系数小的物质，仍留在水相中，据此可将物质彼此分离。上式称为分配定律，它是溶剂萃取的基本原理。,1891年，Nernst发现了分配定律：“在一定温度下，当某一物质在两种互不混溶的溶剂中分配达到平衡时，则该物质在两相中的平衡浓度之比为一常数。”即：,前提：A在两相中仅以一种型体存在,1 分配系数,KD称为分配系数,19,2 分配比,若萃取物A在两相中并不仅以某一型体存在，如发生了解离、缔合等副反应，导致A在两相中以多种型体存在，则用分配比D来表示两相中的分配情况。,分配平衡时，A在有机相中的各种型体的总浓度CA(有)与在水相中的各种型体的总浓度CA(水)的比值称为分配比，用D表示。,D越大，被萃物进入有机相的浓度越大，一般要求D在10以上，而且越大越好。,若两相体积相等，D>1,则A进入有机相的多；若两相体积相等，D<1,则A进入水相的多。,20,若A在两相中的总浓度分别为C有、C水，两相的体积分别为V有、V水，则：,（三）萃取率E,21,例：在HCl介质中，用乙醚萃取Ga时，D = 18，若萃取Ga时V水 = V有，则Ga的E = ?,当V有=V水，即等体积萃取时，,22,当 V有 = V水 时, E 完全取决于D,结论: （1）分配比大，萃取率高；（2）当 D 较小时，一次萃取不能满足分析的要求。为提高萃取效率，可采取连续萃取的方法。,D= , E = 100%, 一次能萃取完全,D = 100, E = 99%, 一次萃取不完全, 需萃取二次(痕量分析一次可以),D = 18, E = 94.7%,D = 10, E = 91%, 需连续萃取多次,D = 1 , E = 50%, 萃取完全比较困难,D < 1 , 反萃取,23,设体积为V水的水溶液中含有质量为m0的A物质，若用体积为V有的有机溶剂萃取一次，平衡时，水相中剩余A的质量为m1，则萃取到有机相的A质量为m0- m1。,V水 mLmo,V有,连续萃取原理,则：,24,若再用体积为V有的有机溶剂再萃取一次，水相中剩余的A的质量由m1减少到m2，即水相中剩余的被萃取物质量为m2，萃取到有机相中A的质量为m1-m2 。,V水 mLm1,V有,则：,25,若用体积为V有的有机溶剂萃取n 次, 则水相中剩余的量为mn g , 此时:,26,例12-1 有100mL含I210mg的水溶液,用90mLCCl4分别按下列情况萃取(D=85):(1)全量一次萃取; (2)每次用30mL分3次萃取。求萃取率各为多少?,解：(1) 全量一次萃取： m0=10mg，V水=100mL，V有=90mL,27,（2）每次用30 mL分3次萃取时： m0=10mg， V水=100mL，V有=30mL,例12-1 有100mL含I210mg的水溶液,用90mLCCl4分别按下列情况萃取(D=85):(1)全量一次萃取; (2)每次用30mL分3次萃取。求萃取率各为多少?,28,可见: 同量的萃取溶剂,分几次萃取的萃取率比一次萃取的萃取率要高，分离效果要好。,(1) 全量一次萃取：,（2）每次用30 mL分3次萃取时：,在实际工作中，为提高萃取效率，通常可采取连续萃取（即增加萃取次数）的方法。,计算结果表明：,29,（四）分离系数定量描述两种物质之间的分离效果。,若A、B的分配比分别为DA和DB，则两种 物质的分配比的比值DA/DB称为分离系数，用 A/B表示。,A/B越大，DA与DB相差越大，A与B分离就越 完全，即萃取的选择性越高；若DA与DB很接近， 即A/B接近于1，则两种物质难于分离；若 DA=DB，即A/B =1，则说明A与B根本不能分离。,分离系数用来表示A、B两组分在萃取中被分离的情况。,30,一般来说，要使共存于同一体系的A和B分离，A的萃取率E应在99%以上（即DA>100），而B的萃取率E应小于1%（即DB<0.01），此时：,即A/B 104，可使A和B彼此分离。故常将A/B 104作为两物质相互分离的判据。,31,8 溶液含Fe3+10mg，采用某种萃取剂将它萃入某种有机溶剂中，若分配比D=99，用等体积有机溶剂分别萃取1次和2次，问在水溶液中各剩余Fe3+多少毫克？萃取百分率各为多少？,解：,为等体积萃取,等体积萃取1次时,等体积萃取2次时,32,9 某水溶液含溶质A 10.0 mg，经适当处理后等体积的有机溶剂进行萃取，D=99。若:（1）用全量的有机溶剂一次萃取，（2）每次用一半量的有机溶剂分两次萃取，问萃取率E分别为多少？,解：（1）等体积萃取，V水=V有,33,9 某水溶液含溶质A 10.0 mg，经适当处理后等体积的有机溶剂进行萃取，D=99。若（1）用全量的有机溶剂一次萃取，（2）每次用一半量的有机溶剂分两次萃取，问萃取率E分别为多少？,解：,（2）V有=1/2V水,34,10 用某有机溶剂从100mL含溶质A的水溶液中萃取A。若每次用20mL有机溶剂，共萃取两次，萃取百分率可达90.0，计算机该取体系的分配比。,解：,D=10.8,35,用等体积萃取要求进行两次萃取后，其萃取率大于95%，则其分配比必须大于( )A 10 B 7 C 3.5 D 2,萃取过程的本质可表述为（ ）A 金属离子形成螯合物的过程； B 金属离子形 成离子缔合物的过程； C 络合物进入有机相的过程； D 将物质由亲水性转变为疏水性的过程,含0.010g Fe3+的强酸溶液，用乙醚萃取时，已知其分 配比为99，则等体积萃取一次后，水相中残存Fe3+量 为（ ）。,C,D,0.00010g,