1、第13章 分析化学中常用的分离方法,13.1 概述,13.2 沉淀分离法,13.3 溶剂萃取分离法,13.4 色谱分离法,13.5 离子交换法,定量分析过程,取样溶样消除干扰 测定 计算掩蔽 原理 数据处理分离 方法 结果,13.1 概述,分离的意义：消除干扰、富集微量待测组分. 对分离的要求： 1）干扰组分应减小至不再干扰被测组分的测定； 2）被测组分在分离过程中的损失要小到可以不计。 被测组分A的回收率（RA）：,A为主要组分：RA99.9% A在1%： RA99% A为微量组分：RA95%或更低 A、B两组分分离效果的好坏用分离因数S 表示,一、沉淀为氢氧化物,1. 氢氧化物沉淀与溶液p
2、H的关系由KSP可估算Mn+开使析出M(OH)n沉淀时的pH,例: KspFe(OH)3 =410-38,若Fe3+=0.01mol/L,则要沉淀就必须:,pOH2.2 (开始沉淀),在常量分离中,当溶液中还剩下10-6mol/L, 便认为不存在。此时溶液的pH为多少呢?,原因:,使某些高价Mn+沉淀,二、沉淀为硫化物,13.3 溶剂萃取分离法,13.3.1 萃取原理与基本概念 依据: “相似相溶”, 物质在极性不同的溶剂中溶解度不同.水: 极性, 离子型化合物(亲水性)易溶.有机溶剂(丙酮,CHCl3,CCl4,苯):有机化合物 (疏水性)易溶. 萃取: 将亲水性物质转化成疏水性化合物而进入
3、有机相. 反萃取: 恢复亲水性,再回到水相.,分配平衡 示意图,1. 分配系数,在一定温度下,浓度不太大时,KD为常数,称分配定律。,I2W(gL-1),碘在CCl4H2O中的分配（25）,KD,2. 分配比,例：有I-存在时, I2在CCl4H2O中的分配,3. 萃取率,在不同KI浓度下的I2在CCl4-H2O体系中的D和E (R =1),相比确定时, 分配比D 越大, 萃取率E 越高。,分配比与萃取率的关系曲线,（VO=VW, R=1),若D=5，R=1 时， 一次萃取率 E = 83%若D=5，R=1/3 时，一次萃取率 E = 94% 若D=5，R=1 时， 三次总萃取率 E = 99
4、.5%用同量溶剂多次萃取效果好.,萃取次数与萃取率的关系,m0为被萃取物总量，m1为一次萃取后，水中剩余量.,多次萃取时萃取率 E 的计算,乙醚作用：生成 盐, 溶剂, 萃取剂.,1. 离子缔合物萃取,萃取容量较大,常用于分离基体元素,如钢铁中的Fe3+.,13.3.2 萃取类型与萃取平衡,盐,萃入乙醚中,FeCl4,Sb(V)在浓HCl中生成SbCl6-，可与碱性染料孔雀绿的阳离子生成缔合物，而被苯萃取，该体系用于萃取光度法测微量Sb。,离子缔合物萃取例,丁二酮肟镍(电中性)，从水中萃入CHCl3 .,2. 螯合物萃取,2,Ni2,13.3.3 几种重要的萃取剂,乙酰丙酮,lgKH(HL)=
5、8.9， lgKD=0.77（C6H6H2O ） 萃取离子： Fe3BeCuAlThPbNiCo2+ZnMnHg,噻吩甲酰三氟丙酮,lgKH(HL)=6.23， lgKD=1.6 可在酸性溶液中萃取金属离子,主要用于锕系元素分离.,8-羟基喹啉,铜铁试剂,lgKD=2.6，lgKH(HL)=9.9， lgKH(H2L) =5.0 （CH2Cl2H2O ） VO2+Fe3+Ga3+CuTiO2+BiNiAlTh Hg Co Zn CdPbMnCa,lgKH(HL)=4.16， lgKD=2.18 （CHCl3H2O ） Fe3,Ti, Zr,V,Nb,Bi,Cu,Th（酸性）,13.3.4 溶剂
6、萃取的应用,1. 萃取分离双硫腙能与20余种M生成螯合物稀无机酸溶液（0.10.5molL-1），可萃取Hg、Ag、Au、Cu；萃取后, 用含EDTA的碱性溶液洗萃取液, HgY被反萃到水相,几乎无干扰.弱酸性介质，可萃取Bi.中性或弱碱性，可萃取Zn、Cd、Pb、Ni. 2. 萃取富集天然水中致癌物3、4-苯并芘的检测用环已酮从大量水中萃取，浓缩到小体积，层析分离后 荧光法测定.,连续萃取装置,3. 萃取比色. 合金钢中钒的测定,三元络合物 紫红色 萃取光度法 = 530nm,茨维特色谱图 （1906）,叶绿素的石油醚溶液流经装有CaCO3的柱子，然后用石油醚淋洗. CaCO3对叶绿素各成分
7、吸附能力不同，而分离成为色带.,13.4 色谱法,色谱法分类,按分离机理 吸附色谱法(物质在固体表面吸附能力不同) 排阻色谱法(分子大小不同) 分配色谱法(在气-液或液-液两相KD不同) 离子交换色谱法(离子交换能力不同) 按分离方法 液相色谱法(流动相是液体)柱色谱法(CC), 薄层色谱法(TLC), 纸色谱法(PC), 高效液相色谱法(HPLC),离子色谱法(IC)等- 气相色谱法(流动相是气体) GC填充柱色谱(GSC), 毛细管柱色谱(GLC),13.4.1 柱色谱法 (Column Chromatograph),机理: 吸附色谱 吸附剂: Al2O3, SiO2(硅胶), 聚酰胺等
8、吸附剂和洗脱剂的选择: 物质极性 吸附活性 洗脱剂极性强 小 强弱 大 弱,常用洗脱剂极性次序: 石油醚环己烷CCl4甲苯CH2Cl2CHCl3乙醚醋酸乙酯正丙醇乙醇甲醇水,原理：根据溶质A在流动相与固定相（纸纤维中吸着的水分）中的分配系数不同，流动相因毛细现象沿纸上升，KD大的前进慢，KD小的上升快，因而溶质得到分离。,13.4.2 纸色谱法(分离g级物质) (Paper Chromatography),固定相滤纸上的吸附水 流动相溶剂（乙醇、丙醇、丙酮及与水不相溶的溶剂）,纸色谱示意图, Rf 0.02，A、B可分离.,与标样比较可定性鉴定,定性检出氨基蒽醌试样中的各种异构体,样品：氨基蒽
9、醌 固定相： -溴代萘附着于滤纸纤维素上. 展开剂： 吡啶:水（1:1）,例：氨基酸混合液点在1515cm滤纸边2cm处，风干，展开剂用CH3OH-H2O-吡啶（20:5:1），当溶剂移动至14cm处，取出风干。（第一次展开）,将滤纸折成筒状，使斑点处于下方，再用叔丁醇-甲基乙基酮-H2O-二乙胺(10:10:5:1) 展开至14cm，取出风干。(第二次展开) 显色：茚三酮-4-乙-2-甲氮苯-冰HAc,第二次展开,双向纸色谱法,第一次展开,氨基酸的Rf值,展开剂 正丁醇+吡啶+水 0.20 0.29 0.60 0.20 0.33 0.241 : 1 : 1 正丁醇+醋酸+水 0.23 0.2
10、3 0.70 0.28 0.22 0.1112 : 3 : 5,PC检测方法； 颜色, 显色(反应显色, I2蒸气, 紫外灯照) 剪下斑点，用适当的溶剂洗脱后测定(比色,荧光),13.4.3 薄层色谱法 (Thin Chromatography),薄层色谱法点样及展开过程,展开后的薄层板,薄层层析法的应用,天然产物和有机化合物的分离与鉴定(药物, 香精, 氨基酸及其衍生物),发展: 薄层层析胶片， 旋转薄层层析仪，自动进样技术，光谱扫描技术等。,例: 3,4-苯并芘的检测富集: 环己酮或石油醚提取,脱水后浓缩至0.1mL;层析分离: 制板, 点样, 展开;测定: 截取-乙醚洗脱-蒸干-浓H2S
11、O4溶解,荧光法测定(对照标样).,溶液中的离子与离子交换树脂发生离子交换而分离.,13.5 离子交换分离法,柱层析,离子交换层析法 将交换上去的离子， 用适当的洗脱剂依次洗脱而分离.,交联度: w (交联剂) 812% 交换容量：36 mmol/g(干）,13.5.1 树脂的种类和性质, 网状高分子聚合物,树脂类型,阳离子交换树脂: 含酸性活性基团的树脂。强酸型： RSO3H pH 0-14 不受酸度限制,弱酸型：RCOOH pH4ROH pH9.5选择性好, 可分离各种有机碱及氨基酸,强碱型： R N(CH3)3Cl pH 0-14 弱碱型： R NH2 ， RNHCH3 pH 0-7RN
12、(CH3)2 pH 9.5,螯合树脂：含有特殊的螯合活性基团,阴离子交换树脂: 含碱性活性基团的树脂,13.5.2 树脂对离子的亲和力顺序,强酸型阳离子交换树脂对一价阳离子Li+ H+ Na+ NH4+ K+ Rb+ Cs+ Ag+ Tl+对二价阳离子 Mg2+ Ca2+ Sr2+ Ba2+ Fe2+ Co2+ Ni2 +Cu2+ Zn2+水合离子半径越小亲和力越大,强碱型阴离子交换树脂F- OH- Ac- HCOO- H2PO4- Cl- NO3- HSO4- CrO42- SO42-,对不同价态离子 Na+ Ca2+ Fe3+ Th4+ 电荷数越高亲和力越大,阳离子交换分离（0.1molL
13、-1 HCl为淋洗液）,亲和力大的先被交换上去, 后被洗脱下来.,13.5.3 离子交换分离操作技术,树脂的选择和处理 装柱 交换 洗脱 树脂再生,13.5.4 离子交换分离法的应用,1. 水的净化: 阳离子柱阴离子柱混合柱 2. 离子的分离与富集:Al3+、Fe3+与SO42-分离; Cr(VI)与Cr3+分离;Al3+与Fe3+分离：FeCl4-用阴离子交换树脂除去;,用强碱性阴离子交换树脂分离 Ni,Mn,Co,Cu,Fe,Zn(HCl 浓度molL-1),洗脱曲线,3. 氨基酸的分离( 阳离子交换树脂),用pH递增的柠檬酸盐缓冲溶液洗脱侧链pKa增大的氨基酸,4. 蛋白质、酶、核酸等生物活性物质的分离、纯化和富集.,例: 测定含Fe3+溶液中H3BO3的浓度,将溶液通过强酸型阳离子交换树脂除去Fe3+; 预中和溶液中的游离酸(MR), 加入多元醇, 用NaOH 标准溶液滴定(PP).,例: 用离子交换法测定NaAc的含量,
