分析化學(xué)-分析化學(xué)中常用的分離和富集方法ppt課件

1、1,第11章,第11章,分析化學(xué)中,Methods for Separation and Enrichment (Concentrate),2,11.1 概論,11.1.2 常量組分的沉淀分離 11.2.3 微量組分的共沉淀分離與富集,11.1.1 沉淀分離法,11.2 液-液萃取分離法,11.2.1 萃取分離的基本原理 11.2.2 萃取分離的類型及條件 11.2.3 萃取分離的實(shí)驗(yàn)方法 11.2.4 萃取分離在分析化學(xué)中的應(yīng)用 11.2.5 萃取分離技術(shù)的發(fā)展,（自主研究學(xué)習(xí)）,3,11.3 離子交換分離法,11.3.1 離子交換樹脂 11.3.2 離子交換親合力 11.3.3 離子交換分

2、離操作方法 11.3.4 離子交換分離法的應(yīng)用,11.4 色譜分離法,11.4.1 柱色譜 11.4.2 紙色譜 11.4.3 薄層色譜,11.5 氣浮分離法,11.6 一些新的分離和富集方法簡(jiǎn)介,4,11.1 概論,問題的提出,實(shí)際樣品的復(fù)雜性,干擾的消除,控制實(shí)驗(yàn)條件,使用掩蔽劑,分離 separation,分析方法靈敏度的局限性,滿足對(duì)靈敏度的要求,選擇靈敏度高的方法,富集enrichment,例：,海水中 U （IV) 的測(cè)定,c = 1 3 g / L,難以測(cè)定,富集為 c = 100 200 g / L,可以測(cè)定,5,分離效果,干擾成分減少至不再干擾,待測(cè)組分有效回收,質(zhì)量分?jǐn)?shù) 1

3、%，,回收率 99.9 % 以上,質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0.01 %，,回收率 95 % 或更低,質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0.01% 1%,回收率 99 %,樣品中的待測(cè)組分含量是未知的如何測(cè)量回收率,？,Recovery,6,常用分離方法,沉淀分離法,液-液萃取分離法,離子交換分離法,色譜分離法,揮發(fā)和蒸餾分離法,Precipitation,Solvent extraction,Ion exchange,Chromatography,Volatilization and distillation,7,沉淀分離與富集,依據(jù)溶度積分步沉淀原理,氫氧化物沉淀分離,通過控制 OH- 選擇性沉淀分離,pH12，NaOH,分離兩

4、性離子：Al, Zn, Cr, Sn, Pb, Sb不沉淀,pH 89, NH3,分離絡(luò)氨離子：Ag, Co, Ni, Zn, Cd, Cu, (Mg)不沉淀,pH 5 6, ZnO懸濁液或有機(jī)堿,沉淀：Al, Fe(III), Ti(IV), Th(IV), Bi .,例如常見陽(yáng)離子的兩酸兩堿分離,有機(jī)（酸堿）小分子的分離？,8,11.2 液-液萃取分離法,萃取分離法,在含有被分離物質(zhì)的水溶液中，加入萃取劑和與水不相混溶的有機(jī)溶劑，震蕩，利用物質(zhì)在兩相中的分配不同的性質(zhì)，使一些組分進(jìn)入有機(jī)相中，使另一些組分仍留在水相中，從而達(dá)到分離的目的。,梨形分液漏斗,例：I2的萃取,9,10,11.2.

5、1 萃取分離的基本原理,萃取分離的依據(jù),物質(zhì),親水性,疏水性,離子型化合物,極性,共價(jià)鍵化合物,弱極性或非極性,相互轉(zhuǎn)換,萃取分離的實(shí)質(zhì),將待萃取組分由親水性轉(zhuǎn)化為疏水性，使其萃入有機(jī)相中。,例，8-羥基喹啉-CHCl3對(duì)Al 3+ 的萃取,反萃取,萃取的反過程（將組分從有機(jī)溶液中萃取到水溶液中）,hydrophilic,hydrophobic,Back extraction,11,例，8-羥基喹啉-CHCl3對(duì)Al 3+ 的萃取,溶于CHCl3,8-羥基喹啉,CHCl3,萃取劑,溶劑,水合離子的正電性被中和，親水的水分子被疏水有機(jī)大分子取代,12,分配系數(shù)與分配比,分配系數(shù) partitio

6、n coefficient,萃取平衡,分配定律,Water 在水相中,Organic 在有機(jī)相中,下標(biāo),KD分配系數(shù),熱力學(xué)常數(shù),分配比 distribution ratio,條件分配系數(shù),醋酸在苯和水中的分配,D分配比,條件常數(shù),13,醋酸在和水中的分配,14,萃取率 The percent extracted,稱為相比,R 可近似地反映溶質(zhì)濃縮的效率,當(dāng) R = 1 時(shí)，,其中,增大萃取率,減小相比,增加萃取次數(shù),15,多次萃取,設(shè)用 Vo mL 有機(jī)溶劑萃取 Vw mL中含量為 m0 的 A 物質(zhì)，一次萃取后剩余的 A 物質(zhì)的量為 m1 g,據(jù)分配比定義,整理，得,萃取 n 次，同理可得

7、,n 次萃取的萃取率,例：用 CCl4 萃取 I2 (R=1),Vo =100 mL，,m0 = 0.20 g，,D = 85,2)、分兩次萃取，每次用50 mL 有機(jī)溶劑,m2 = 0.00011 g ，,E % = 99.9,結(jié)論,16,1） 用同樣量的萃取劑，分多次萃取比一次萃取的效率高,結(jié)論：,2）萃取原則：少量多次,N ,?,17,11.2.2 萃取分離的類型與條件,萃取類型,螯合物萃取,離子締合物萃取,簡(jiǎn)單分子萃取,溶劑配合萃取,螯合物萃取 chelate extraction,生成螯合物的萃取,被三氯甲烷萃取,18,Dithizone 雙硫腙,19,8-hydroquinolin

8、e and cupferron,20,萃取平衡,用 HL 萃取金屬離子 M，有如下平衡,Mn+(w)+n (HL)(o)=MLn (o)+n H+(w),21,螯合物萃取中酸度的影響,如果考慮到M (w) 和 HL (o) 的副反應(yīng),lgD pH,E% pH,Hg2+,Bi3+,Pb2+,Cd2+,二苯硫腙-CCl4萃取金屬離子的萃取曲線,控制酸度分別萃取,22,離子締合物萃取 ion association extraction,陽(yáng)離子和陰離子通過靜電引力相結(jié)合形成電中性疏水化合物而被有機(jī)溶劑萃取。,M+(w) + A-(w) = M+A-(o),例：HCl 介質(zhì)中乙醚萃取FeCl4-,(C

9、H3CH2)2O + H+ = (CH3CH2)2O+H,(CH3CH2)2O+H + FeCl4- = (CH3CH2)2OH +FeCl4 -,被 (CH3CH2)2O 萃取,例：堿性染料在酸性介質(zhì)中萃取絡(luò)陰離子,次甲基藍(lán)陽(yáng)離子,被苯、甲苯等惰性溶劑萃取,通常在酸性介質(zhì)中進(jìn)行,23,例：在酸性介質(zhì)中高分子胺對(duì)絡(luò)陰離子的萃取,R3N(o) + HA = R3N+HA- (o),R3N+HA- (o) + B- = R3N+ HB- (o) + A-,簡(jiǎn)單分子萃取體系,某些共價(jià)無機(jī)化合物，例如 I2, Cl2等，它們?cè)谒芤褐兄饕苑肿有问酱嬖?，不帶電荷，可用有機(jī)惰性溶劑萃取。,溶劑配合體系,

10、例：磷酸三丁酯（tributylphosphate, TBP）對(duì)硝酸鹽的萃取,Mn+ + n NO3- + m TBP = M(NO3)nm(TBP),被 TBP 萃取,24,11.2.3 萃取分離的實(shí)驗(yàn)方法,間歇萃取法,連續(xù)萃取法,11.2.4 萃取分離在分析化學(xué)中的應(yīng)用,萃取分離,萃取富集,萃取分光光度法,例：Ni2+ 的丁二酮肟（三氯甲烷）分光光度法測(cè)定,參見陳國(guó)珍等人編著： 紫外-可見光分光光度法下冊(cè) 原子能出版社,Batch extraction using pear-shaped separatory funnel,Continuous liquid-liquid extracti

11、on,高密度溶劑萃取,低密度溶劑萃取,25,間歇萃取法,是將一定體積的試樣溶液放在分濃漏斗中，加人互不混溶的溶劑，塞上塞子，劇烈振搖，使兩種液體密切接觸，發(fā)生分配過程直至達(dá)到平衡。靜置12分鐘，待溶液分層后，輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)分液漏斗下面的活塞，使下層液體（水溶液層或有機(jī)溶劑層）流入另一容器中，這樣兩相就得以分離。,26,連續(xù)萃取法,Higher-density solvent extraction,Low-density solution being extracted,Extraction solvent,Vapor,Boiling flask containing high-density ext

12、racting solvent and extracted solute,Diverter for drops of condensate of high-density solvent,Condensate,Reflux condenser,Heat,返回,27,Lower-density solvent extraction,Heat,High-density solution being extracted,Extracting solvent,Condensate,連續(xù)萃取法,返回,28,11.2.5 萃取分離技術(shù)的發(fā)展,固相萃取 原理：固相萃取是一個(gè)包括液相和固相的物理萃取過程。在固

13、相萃取過程中，固相對(duì)分析物的吸附力大于樣品母液，當(dāng)樣品通過固相萃取柱時(shí)，分析物被吸附在固體表面，其他組分則隨樣品母液通過柱子，最后用適當(dāng)?shù)娜軇⒎治鑫锩撓聛?超臨界流體萃取 超臨界流體 低粘度，低表面張力，類似于氣體的穿透力，易溶于有機(jī)溶劑,29,8.3.1 離子交換樹脂,離子交換分離,離子交換分離法是離子交換劑與溶液中的離子發(fā)生交換反應(yīng)而使離子分離的方法,離子交換樹脂的結(jié)構(gòu),帶有活性基團(tuán)的網(wǎng)狀高分子聚合物,骨架,活性基團(tuán),酚醛樹脂,聚乙烯樹脂,酸性基團(tuán),堿性基團(tuán),SO3H,COOH,N+R3OH-,NR2,Ion exchange resins,特殊基團(tuán),Ion exchange,30,聚苯

14、乙烯磺酸型陽(yáng)離子交換樹脂,交聯(lián)劑,活性基團(tuán),R-SO3H + M+ = R-SO3M + H+,31,離子交換樹脂的分類,依據(jù)活性基團(tuán)分類,陽(yáng)離子交換樹脂,陰離子交換樹脂,螯合樹脂,特殊交換樹脂,強(qiáng)酸型,弱酸型,交換基為酸性，H+與陽(yáng)離子交換,SO3H,COOH,OH,pH 2,pH 6,使用 pH 范圍,pH 10,交換基為堿性，陰離子發(fā)生交換,強(qiáng)堿型,弱堿型,N+(CH3)3OH-,N+H3 OH-,N+H2R OH-,N+HR2 OH-,pH 12,pH 4,含有特殊螯合基團(tuán)的樹脂,電子交換樹脂，含有氧化還原功能基團(tuán),手性基團(tuán)，進(jìn)行手性拆分,示意圖,pHpKa,pOHpKb,32,Mol

15、ecular imprinting 分子印跡,33,交換反應(yīng),陽(yáng)離子交換樹脂,陰離子交換樹脂,水合作用,螯合交換樹脂,34,離子交換樹脂的性能參數(shù),交聯(lián)度,交換容量,表征骨架性能的參數(shù),表征活性基團(tuán)的性能參數(shù),是指交聯(lián)劑在反應(yīng)物中所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù),交聯(lián)度大，,樹脂孔隙 ，交換反應(yīng)速度 ，選擇性 。,小,慢,高,交聯(lián)度小，,樹脂孔隙 ，交換反應(yīng)速度 ，選擇性 。,大,快,低,氨基酸的分離，交聯(lián)度8 %， 多肽的分離 2 4 %,每克干樹脂所能交換的物質(zhì)的量（mmol)。,決定于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中活性基團(tuán)的數(shù)目。,交換容量由實(shí)驗(yàn)測(cè)得,請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)定強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂交換容量的方法。,35,交換容量的測(cè)定,

16、稱取某R4N+OH- 型陰離子交換樹脂2 .00 g，置于錐型瓶中，加入0.200 molL-1 HCl 100 mL 浸泡一晝夜。用移液管吸取25.00 mL, 以甲基紅為指示劑，用0.100 molL-1 NaOH溶液滴定，消耗20.00 mL。計(jì)算離子交換樹脂的交換容量。,2005-12,36,V0,流出曲線,始漏量,交換過程與總交換量 exchange capacity,總交換容量 是指柱上樹脂所能交換的總量。,37,11.3.2 離子交換親合力 affinity,離子交換樹脂與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)發(fā)生離子交換反應(yīng),K選擇性系數(shù)，也叫分離因素,可以推導(dǎo)得,衡量樹脂對(duì)離子的親和力的大小的參數(shù)

17、,親和力,水合離子的半徑,離子的電荷,K,K,離子交換分離的基礎(chǔ),親和力的差異,38,強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹脂分離示例,Cl-, K+, Na+, Ag+ 的分離,K：親和力,H+ Na+ K+ Ag+,交換 exchange,39,洗脫 elute,Na+,K+,Ag+,淋洗曲線,洗脫劑 eluant,洗出液 eluate,測(cè)定天然水或自來水中陽(yáng)離子的總濃度的方法及原理？,40,11.3.4 離子交換分離法的應(yīng)用,水的凈化,陽(yáng)離子交換,陰離子交換,除去水中的雜質(zhì)離子,去離子水 de-ionized water,41,微量組分的富集,例：礦石中鉑、鈀的富集與測(cè)定,Pt(IV) Pd(II),PtC

18、l62- PdCl42-,RN+(CH3)32PtCl62- RN+(CH3)32PdCl42-,分光光度法測(cè)定,陰陽(yáng)離子的分離,Cr3+, CrO42-,Al3+, FeCl4-,性質(zhì)相似的物質(zhì)的分離,氨基酸的分離,42,11.4 液相色譜分離法,概述,1906年 俄國(guó)植物學(xué)家 Michael Tswett,CaCO3,Chromatography,CaCO3 固定相 stationary phase,石油醚 流動(dòng)相 mobile phase,洗脫,43,洗脫,44,色譜分離法的分類（原理）,吸附色譜,排阻色譜,（凝膠色譜）,分配色譜,離子交換色譜,吸附能力的差異,分子尺寸的大小不同,兩相中

19、分配系數(shù)的不同,親和力的差異,Adsorption chromatography,Exclusion chromatography Gel-permeation chromatography,Partition chromatography,Ion-exchange chromatography,親和色譜,特異反應(yīng)，親和力的差異,Affinity chromatography,45,色譜分離法的分類（支撐體形狀）,柱色譜 columu chromatography,薄層色譜 thin-layer chromatography,紙色譜 paper chromatography,色譜分離法的分類（

20、作用）,分離分析,分離制備,46,Stationary phase,47,Adsorption,無定型硅膠，薄殼型硅膠，全多孔球型硅膠,48,Partition,C18H37,Octadecyl group ODS, C18,Silica,49,Gel Filtration (Molecular exclusion),50,Affinity,51,Antigen and antibody reactive,52,Caffeine MIP (molecular imprinted polymer),Description,聚甲酰胺-乙烯三乙氧硅烷,53,description,54,Ion ex

21、change,55,柱色譜,以吸附柱色譜為例進(jìn)行討論,固定相，如Al2O3，裝柱,柱頂傾入樣品(A, B),頂部加入洗脫劑（流動(dòng)相）,物質(zhì)A,物質(zhì)B,A、B兩組分隨流動(dòng)相的流動(dòng)而向下移動(dòng)。A、B在兩相不斷進(jìn)行著溶解、吸附、再溶解、再吸附的過程中，由于在兩相吸附能力的差異，達(dá)到分離。,56,紙色譜 paper chromatography,以分配色譜為例進(jìn)行討論,取一大小適宜的濾紙條,在濾紙條的下端點(diǎn)上標(biāo)準(zhǔn)和樣品,放在色譜筒中展開,取出，標(biāo)記前沿， 涼干,著色，分析,固定相 濾紙上的H2O,流動(dòng)相 展開劑,57,保留值比移值 Rf,將標(biāo)準(zhǔn)和樣品的 Rf 值進(jìn)行比較，可以對(duì)樣品進(jìn)行定性分析,Rf

22、= 0 1,Rf = 0 ，表明在原點(diǎn)不動(dòng),Rf = 1，表明隨溶劑一起移動(dòng),定性分析,定量分析,截取洗脫 掃描 CCD攝像,58,保留值相對(duì)比移值,59,容量因子,分離度,理論塔板數(shù)（n）和塔板高度（H）,s固定相， m流動(dòng)相,60,薄層色譜 TLC Thin-layer chromatography,用涂有固定相的薄層板代替濾紙進(jìn)行分離分析,支撐體,鋁板，塑料板，玻璃板等,固定相,硅膠，氧化鋁，聚酰胺等,分離原理,吸附色譜、分配色譜等,流動(dòng)相,各種配比的溶劑,定性分析,比移值、相對(duì)比移值等,定量分析,截取后洗脫,斑點(diǎn)掃描,CCD攝像,61,CCD攝像 四環(huán)素?zé)晒獍唿c(diǎn)攝像,62,斑點(diǎn)轉(zhuǎn)換為峰

23、高,63,TLC定量測(cè)定（面積積分）,數(shù)字圖像處理及數(shù)據(jù)處理,橫向，縱向掃描，得到每個(gè)光斑的總亮度值，做出曲線,同時(shí)可導(dǎo)出數(shù)據(jù)，也可以其它軟件中進(jìn)行再處理,摘自陳浩的報(bào)告,64,Two-dimension HPTLC High-performance thin layer chromatography,Steroids 類固醇 1 progesterone 2 11-deoxycorticosterone 3 11-dehydrocorticosterone 4 estrone 5 estrasiol 6 11-deoxycortisol 7 hydrocortisone 8 corticos

24、terone,65,TLC diode array scanner,66,樣品分析,可口可樂的一個(gè)分離軌道(10 微升樣品)的譜圖，咖啡因的信號(hào)在23.2 mm。頂部是色譜圖，旁邊是咖啡因的光譜。,67,11.5氣浮分離法,采用某種方式，向水中通入大量微小氣泡，在一定條件下，使呈表面活性的待分離物質(zhì)吸附或粘附于上升的氣泡表面而浮升到液面，從而使某組分得以分離的方法。它主要是表面活性劑的加入，其極性端與水相中的離子或極性分子通過物理或化學(xué)作用結(jié)合在一起，當(dāng)通入氣泡時(shí)，表面活性劑就將這些物質(zhì)連在一起定向排列在氣液界面，被氣泡帶到液面，形成泡沫層，達(dá)到分離。氣浮分離法包括離子氣浮法、沉淀氣浮法、溶劑氣浮法三種類型。,68,11.6一些新的分離和富集方法簡(jiǎn)介,11.6.1固相萃取分離法固相微萃取分離法是20世紀(jì)90年代初發(fā)展起來的試樣預(yù)分離富集方法，它集試樣預(yù)處理和進(jìn)樣于一體，將試樣純化、富集后，可與各種分析方法相結(jié)合而特別適用于有機(jī)物的分析測(cè)定。固相微萃取