沉淀分离法.ppt

化学分离法 第三章沉淀分离法 一 概述二 分类三 常用的沉淀分离方法及试剂 沉淀分离法 Separationbyprecipitation 沉淀法是最古老 经典的化学分离方法 虽然 沉淀分离需经过过滤 洗涤等手续 操作较繁琐费时 某些组分的沉淀分离选择性较差 分离不完全 但由于应用范围广 不需特殊设备 沉淀分离法仍然是一种常用的分离方法 沉淀分离方法特点 沉淀分离法 沉淀分离法是利用沉淀反应有选择地沉淀某些离子 而其它离子则留于溶液中从而达到分离的目的 它发生的必要条件是溶液体系对某些离子是饱和的 沉淀分离法分类 沉淀法主要包括 常规沉淀分离法 均相沉淀分离法和共沉淀分离法 区别主要是 沉淀和均相分离法主要使用于常量组分的分离 毫克数量级以上或一般 0 01mol L 而共沉淀分离法主要使用于痕量组分的分离和富集 小于1mg mL 沉淀的方法和技术应具有一定的选择性 才能使目标成分得到较好分离 纯度较高 对于一些活性物质 如酶 蛋白质等 的沉淀分离 必须考虑沉淀方法对目标成分的活性和化学结构是否破坏 对于食品和医药中的目标成分的沉淀分离 必须充分估量残留物对人体的危害 在应用沉淀分离技术时 需要考虑三种因素 无机沉淀剂分离法 主要用于金属离子的分离无机沉淀剂种类很多 形成的沉淀也很多 最常用的有氢氧化钠 氯化铵加氢氧化铵 硫化物等 无机沉淀剂进行分离 1 氢氧化物的沉淀分离 1 酸度控制原理大多数金属离子都能形成氢氧化物沉淀 若沉淀的溶解度相差较大 就有可能通过控制酸度使之分离 根据溶度积原理 有 Mn OH Ksp M OH n OH 习惯上 将溶解度小于0 01克的电解质称为难溶电解质 难溶电解质的溶解度尽管很小 但不会等于0 没有绝对不溶的物质 难溶等于不溶吗 易溶的电解质在一定条件下也会达到饱和结晶析出 溶度积是针对难溶强电解质而言的 我们习惯上把溶解度小于0 01g 100g水的物质叫做 不溶物 确切地说应叫做 难溶物 因为物质的溶解度只有大小之分 没有在水中绝对不溶解的物质 可溶的部分全部离解 溶度积是一种难溶的强电解质固体和他的饱和溶液处在平衡时的平衡常数 用Ksp表示 其物理意义是 在一定温度下 难溶强电解质饱和溶液中各离子浓度之乘积为一常数 Ksp与其他平衡常数一样 仅随温度而变化 与体系中离子浓度无关 溶解积常数的大小 反映了物质溶解能力的大小 写成通式 1 溶度积概念 2 表示符号 3 表达式 Ksp PbI2 Pb2 I 2 Ksp 1 沉淀的生成根据溶度积规则 要从溶液中沉淀出某一离子 必须加入一种沉淀使溶液中Q Ksp 才能生成难溶物质 沉淀的生成和溶解 1 QKsp 此溶液是过饱和溶液 溶液中可析出沉淀 直至饱和 Q Ksp 3 Q Ksp 为饱和溶液 处于沉淀溶解平衡状态 在一定温度下是一个常数 不因固体溶质的量而改变 以上关系称为溶度积规则 据此可以判断沉淀溶解平衡移动的方向 也可以通过控制有关离子的浓度 使沉淀生成或溶解 沉淀的溶解与生成 离子的浓度商Qc和离子积Ksp的关系 1 Qc Ksp时 平衡向方向移动 2 Qc Ksp时 处于状态 3 Qc Ksp时 平衡向方向移动 沉淀 沉淀溶解平衡 沉淀溶解 AmBn s mA aq nB aq 为方便 省去电荷 溶度积 Ksp 是难溶化合物达到沉淀溶解平衡时 溶液中相应离子在平衡时的离子浓度的幂的乘积 只与温度有关 如上 Ksp A m B n 表示的浓度指平衡浓度 当温度一定时 同一难溶化合物的溶度积是常数 不因溶液多少而变 离子的浓度商 IP 指任一条件下离子浓度幂的乘积 如上 IP c A m c B n c表示任意时刻的浓度 可以是平衡时的也可是不平衡时的浓度 浓度商只与离子浓度有关 与其它条件无关 通过比较Ksp和IP的大小 可确定是否有沉淀生成或沉淀是否溶解 KspIP 无沉淀产生或沉淀溶解 2混合离子氢氧化沉淀分离完全的条件 见课本19页 a 几种主要的沉淀剂及特点 1 NaOH溶液控制ph 12 实现两性金属离子与非两性金属离子的分离 2 氨水加铵盐 氨水加铵盐组成的pH值为8 10 使高价离子沉淀而使一 二价的金属离子分离 另一方面Ag Cu2 Co2 Ni2 等离子因形成氨络离子留于溶液中 3 ZnO悬浊液 ZnO为一难溶碱 用水调成悬浊液 可在氢氧化物沉淀分离中用作沉淀剂 4 有机碱 六亚甲基四胺 吡啶 苯胺 苯肼等有机碱 与其共轭酸组成缓冲溶液 可控制溶液的pH 使某些金属离子生成氢氧化物沉淀 达到沉淀分离的目的 3氢氧化物沉淀剂 Ca OH 2发生部分沉淀 1 金属氢氧化物沉淀的溶度积相差很大 通过控制酸度使某些金属离子相互分离 2 氢氧化物沉淀为胶体沉淀 共沉淀严重 影响分离效果 1 采用 小体积 沉淀法 小体积 大浓度且有大量对测定没有干扰的盐存在下进行沉淀 如 在大量NaCl存在下 NaOH分离Al3 与Fe3 2 控制pH值选择合适的沉淀剂 不同金属形成氢氧化物的pH值 及介质不同 3 采用均匀沉淀法或在较热 浓溶液中沉淀并且热溶液洗涤消除共沉淀 4 加入掩蔽剂提高分离选择性 用以掩蔽干扰离子的试剂称为掩蔽剂 见课本21 表3 2 1 氢氧化物沉淀分离的特点 金属氢氧化物开始沉淀与完全沉淀的pH值 加入掩蔽剂提高分离选择性 2 NH3 NHCl溶液 NH3 NHCl溶液体系是一个缓冲体系 可控制溶液pH值在8 10 并且防止Mg OH 2沉淀和减少A1 OH 3的溶解 大量存在的电解质促进了胶体沉淀的凝聚 可获得含水量小 结构紧密的沉淀 在此pH值下 银 铜 镉 钴 镍金属极易与NH3配位 碱金属和碱土金属留在溶液中 NH3 NHCl电解质可以中和带负电的氢氧化物胶体粒子 促使胶体沉淀凝聚 易于过滤 大量的NH4 作为抗衡离子 减少了氢氧化物对其它金属离子的吸附 21页 见表3 3 3 ZnO悬浊液 控制ZnO悬浊液控制pH 5 5 6 5 以便沉淀金属离子 其他微溶性碳酸盐或氧化物的悬浊液 如BaCO3 CaCO3等也具有同样的功效 只是控制的pH范围不同 原理能形成难溶硫化物沉淀的金属离子约有40余种 除碱金属和碱土金属的硫化物能溶于水外 重金属离子分别在不同的酸度下形成硫化物沉淀 因此在某些情况下 利用硫化物进行沉淀分离还是有效的 硫化物沉淀分离法所用的主要沉淀剂是H2S H2S是二元弱酸 溶液中的 S2 与溶液的酸度有关 随着 H 的增加 S2 迅速的降低 因此 控制溶液的pH值 即可控制 S2 使不同溶解度的硫化物得以分离 4 硫化物沉淀 硫化物沉淀的特点 该方法是将常见24种阳离子分成五组 然后在组内进行分离 分别鉴定 见书22页 硫化物沉淀分离与氢氧化物沉淀分离相似 是根据金属硫化物溶度积的大小 控制 S2 使金属离子相互分离 常用的沉淀剂为H2S 溶液中 S2 与 H 之间的关系如下 在常温常压下 H2S饱和溶液的浓度接近常数 0 1mol L 所以 S2 与 H 2成反比 可以通过控制溶液的pH来调节 S2 达到分离的目的 Ka1 Ka2 S2 沉淀剂 H2S约40余种金属离子可生成难溶硫化物沉淀 各种金属硫化物沉淀的溶解度相差较大 溶液中S2 的浓度与pH有关 控制溶液pH可控制分步沉淀 H2S有毒 气味难闻 选择性差 硫化物沉淀分离的特点1 1 硫化物的溶度积相差比较大的 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 2 硫化物沉淀分离的选择性不高 3 硫化物沉淀大多是胶体 共沉淀现象比较严重 甚至还存在继沉淀现象 可以采用硫代乙酰胺在酸性或碱性溶液中水解进行均相沉淀 在酸性溶液中 CH3CSNH2 2H2O H CH3COOH H2S NH4 在碱性溶液中 CH3CSNH2 3OH CH3COO S2 NH3 H2O 4 适用于分离除去重金属 如Pb2 硫化物沉淀分离的特点2 硫化物沉淀 1 硫化物的溶度积相差比较大的 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 2 硫化物沉淀分离的选择性不高 3 硫化物沉淀多是胶体 共沉淀现象严重 甚至还存在继沉淀 可以采用硫代乙酰胺在酸性或碱性溶液中水解进行均相沉淀 4 适用于分离除去重金属 如Pb2 其他无机沉淀分离法 5氟化物沉淀分离6硫酸盐沉淀分离7磷酸盐沉淀分离 无机沉淀剂优点 可以分离许多元素缺点 选择性差 灵敏度低有机沉淀剂优点 高选择性 高灵敏度 应用普遍 缺点 沉淀剂在水中的溶解度小包夹在沉淀中 附着在器壁上 引起被测组分损失有机沉淀法不仅可用于沉淀分离 也用于溶剂萃取和配合掩蔽 二有机试剂沉淀分离法 有机沉淀剂的特点 种类多 溶解度小 对无机杂质吸附少 干扰少 组成恒定 烘干称重 1草酸为沉淀剂 以草酸或草酸盐为沉淀剂的离子主要是碱土金属和稀土元素 在pH值小于1时主要沉淀的有Th4 Re pH值大约在5时 沉淀的是碱土金属离子 2形成螯合物或内络盐沉淀剂 这种沉淀剂一般含有两种集团 一种是酸性集团如 OH COOH S03H 这些基团中的氢质子可以被金属离子置换 另一种是碱性基团如 NH3 NH CO CS等这些基团以配位键与金属离子结合生成环状结构的螯合物 其不带电荷 分子中有较大的疏水基团 因而难溶于水 分为 二肟类 羟基肟类 8 羟基喹啉及其衍生物 有机沉淀反应与沉淀剂 类此配合剂的分子结构中至少含有一个酸性基团和一个碱性基团 通常酸性基团提供离子键 碱性基团中的共用电子对提供共价键 从而 形成一个配合物 配合物的疏水基团在整个分子的外面 配合物的亲水基团与金属离子成键将金属离子包围在分子中 使金属离子由亲水性物质转变成疏水性物质 从而难溶于水相而沉淀下来 酸性基团 OH COOH SO3H SH碱性基团 NH2 NH N CO CS 1 二肟类 丁二酮肟 必丁二酮肟还灵敏的1 2 环己烷二酮二肟 2 羟基肟类 水杨醛肟 水杨醛肟可以在pH 2 6时 沉淀Cu2 Pd2 pH 5 7时沉淀Ni2 pH 7 8时 沉淀Zn2 浓氨性溶液中使Pb2 与Ag Cd2 Zn2 分离 酸性溶液中使Pd2 Pt2 分离 H3CCCCH3 Ni2 在氨性溶液中与丁二酮肟生成鲜红色的内络盐 Fe3 Co2 Cu2 可与此试剂分别生成深红色 棕色和紫色的可溶性配合物 1 丁二酮肟沉淀分离 2 亚硝基化合物 铜铁灵 cupferron 在稀酸溶液中能与若干种高价的离子形成沉淀 包括Fe3 Ga3 Sn U Ti4 Zr4 Ce4 Nb Ta V W 在酸性较弱的溶液中能与In3 Cu2 Mo Bi3 生成沉淀 从而与其他离子分离开来 新铜铁灵 neocupferron 3 水杨酸醛肟沉淀分离 与金属离子形成内络盐 苯偶姻肟 benzoinoxime 试铜灵 cupron 该试剂能够在氨性溶液中 酒石酸存在下 将Cu2 完全沉淀为绿色絮状化合物 使之与Al3 Cd2 Co2 Fe3 Ni2 Pb2 Zn2 分离 8 羟基喹啉 8 hydroxylquinoline 有机沉淀剂 有机沉淀剂具有选择性高 共沉淀现象少的特点 8 羟基喹啉内络盐的颜色及沉淀完全时的pH值 其他一些常见沉淀剂 5 含硫化合物 二乙基胺二硫代甲酸钠DDTC 该试剂能与许多金属离子形成沉淀这些离子包括Ag Cu2 Cd2 Co2 Ni2 Hg2 Pb2 Bi3 Zn2 Fe3 Sb3 Sn4 Tl3 但不与Al3 碱土金属离子形成沉淀 故常用来除去重金属离子 6 苯胂酸极其衍生物 在3mol LHC中 苯胂酸可将Zr4 沉淀完全 也可以用来沉淀Hf4 Th4 Sn4 Bi3 7 氨基酸类 主要用来沉淀Cu2 Zn2 Cd2 Co2 Ni2 Ag 也能沉淀Mn2 Hg2 Pb2 Fe3 2 形成缔合物的沉淀剂 某些有机沉淀剂在溶液中电离成阳离子或阴离子 它们与带相反电荷的离子结合 生成离子缔合物沉淀 1 苦杏仁酸 苯羟乙酸 主要用来沉淀Zr4 和Hf4 4C6H5CHOHCOO Zr4 C6H5CHOHCOO 4Zr 2 二苦胺 六硝基二苯胺 主要用来沉淀K Rb Cs 3 四苯硼酸钠 主要用来沉淀K Rb Cs 4B C6H5 4 K KB C6H5 4 4 四氯化苯胂 主要用于沉淀高锰酸根 铼酸根以及汞 铂 锌 镉 锡的络阴离子 C6H5 4As MnO4 C6H5 4As MnO42 C6H5 4As Hg2Cl2 4 C6H5 4As 2 HgCl4 5 碘化三苯甲基砷 主要用来沉淀CdI42 7 硝酸灵 nitro 主要用来沉淀硝酸根 高氯酸根 铼酸根和钨酸根 6 氯化三苯锡 主要用来沉淀氟离子 硝酸灵结构 8 联苯胺 主要用来沉淀硫酸根离子 9 吡啶在SCN 存在下 吡啶可以与Cd2 Co2 Mn2 Zn2 Cu2 Ni2 等生成沉淀2C6H5N Cu2 2SCN 10 1 10 邻二氮杂菲可以在Cl 存在下 与Pd2 形成三元络合物沉淀 Pd2 C12H8N2Pd C12H8N2 2 Pd C12H8N2 2 2Cl2 Pd C12H8N2 Cl2 均相沉淀分离法Precipitationfromhomogeneoussolution 一 基本原理在沉淀过程中 当整个溶液中的沉淀物质的相对过饱和度均匀地保持在刚能超过临界过饱和度 Q S S 使晶核可以形成 但聚集速率较小 使形成的晶核也较少 以后继续保持均匀的适当低的相对过饱和度 晶核就逐渐地慢慢地长大 这样就可以获得颗粒粗大 而且形成完整的晶型沉淀 均相沉淀的用途 1 发展和改善重量分析的方法 2 作为主要成分的分离方法 3 分离化学性质相近似的物质 如Zr和Hf的分离 稀土元素的分离 4 研究共沉淀现象 沉淀的类型 沉淀颗粒大小影响因素沉淀过程中构晶离子的浓度 沉淀的溶解度聚集速率 由溶液中沉淀物质的相对过饱和度决定 和定向速率 沉淀物的本质决定 沉淀的颗粒大小用分散度表示 分散度 K C0 加入沉淀剂的瞬间沉淀物的浓度S 沉淀开始时沉淀物的溶解度C0 S 沉淀开始过饱和度 他是引起沉淀作用的动力 K 常数 它与沉淀的性质 介质及温度等因素有关 C0 S S 沉淀微粒大小的影响因素 沉淀微粒大小 成核速度 晶核长大速度 晶核长大速度 成核速度 小的沉淀微粒 大的沉淀微粒 温度 搅拌等沉淀条件 浓度 成核作用 成核作用 均相成核 异相成核 均相成核是在过饱和状态时 构晶离子由于静电作用缔合形成 异相成核是以固相微粒起着晶核的作用 相对的 绝对的 临界点 BaSO41000 AgCl5 5 VonWeimarn公式 沉淀条件的选择 晶形沉淀 稀 热 慢 搅 陈 相对过饱和度小 减少均相成核 减少杂质吸附量 增大溶解度 减少相对过饱和度 减少均相成核 增大扩散速度 有利于沉淀长大 减少吸附 减少均相成核 有利于沉淀长大 减少包藏 晶形完整化 控制相对过饱和度小 沉淀陈化 无定形沉淀 减少水合 使其聚集紧密 便于过滤 减少杂质吸附 热 大量电解质 立即过滤 减少水合 减少吸附 防止胶溶 浓 减少水合 沉淀完后 稀释搅拌 减少杂质吸附 快 搅 减少水合 利于凝聚 沉降 条件缓慢变化时 溶质分子有足够时间排列 有利于结晶形成 条件变化剧烈 强迫快速析出 溶质分子来不及排列就析出 形成无定形沉淀 区别 结晶法 高度的选择性 原因 只有同类分子或离子才能排列成晶体 沉淀法 浓缩与分离 但所得的沉淀物聚集多种物质 或含有盐类 或包裹着溶剂 分离效果 沉淀的形成过程 构晶离子 晶核 沉淀微粒 无定形 晶形 无定形沉淀过程示意 晶形沉淀过程示意 无定形沉淀形成示意 晶形沉淀过程示意 实现均相沉淀的途径 1 利用某种试剂的水解反应使溶液的pH值发生变化 使pH值达到一定值时就会生成沉淀 2 在溶液中加入能产生沉淀剂的化学试剂 使得通过化学反应均匀产生出沉淀剂 3 将溶液与沉淀剂在某种能与水混溶的溶剂中混合 再缓慢蒸去溶剂 使之在缓冲条件下实现均相沉淀 4 破坏可溶性络合物 均相沉淀的沉淀途径 1 逐渐改变溶液的pH值 使欲沉淀物质的溶解度慢慢地降低 逐渐沉淀析出 NH2 2CO H2O2NH3 CO2Ca2 NH2 2CO H2C2O4CaC2O42NH4 CO2 Bi3 Pb2 NH2 2CO H2CO2 碱式甲酸铋Pb2 2 利用适当的反应 在溶液中逐渐地产生出沉淀剂 2NH2OH HCl pH 7 5 氨溶液 3 逐渐除去溶剂8 羟基喹啉的丙酮溶液沉淀铝离子 在醋酸铵缓冲溶液中 加热70 80 丙酮挥发后 便形成了8 羟基喹啉铝沉淀 4 破坏可溶性配合物 使其产生不溶解的物质用一种能形成更稳定络合物的离子 将被沉淀的离子从络合物中置换出来 形成沉淀Mg2 Ba EDTA SO42 Mg EDTA BaSO43Ag NH3 4 PO43 Ag3PO4 4NH3 均相沉淀法产生各种阴离子的反应OH NH2 2CO H2O2NH3 CO2PO43 CH3 3PO4 3H2O3CH3OH H3PO4C2O42 CH3 2C2O4 2H2O2CH3OH H2C2O4 NH2 2CO 2HC2O4 H2O2NH4 CO2 2C2O42 S2 CH3CSNH2 H2OCH3CONH2 H2SCO32 2CCl3COO H2O2CHCl3 CO2 CO32 a定义 共沉淀分离法就是加入某种离子同沉淀剂生成沉淀作为载体 沉淀剂 将痕量组分定量地沉淀下来 然后将沉淀分离 溶解在少量溶剂中 灼烧等方法 以达到分离和富集的目的的一种分析方法 b沉淀剂要求 1 要求对欲富集的痕量组分回收率高 2 要求共沉淀剂不干扰待富集组分的测定 四 共沉淀分离法 良好的选择性定量性 能定量沉淀微痕量物质不干扰测定 或者至少易被除去或掩蔽 便于与母液分离 易洗涤和过滤共沉淀效率高 应具有以下特点 共沉淀分离法中所使用的常量沉淀物质叫做载体 也称共沉淀剂 共沉淀原理 由于沉淀的表面吸附作用 产生混晶或形成固溶体或吸留或包夹等原因引起 无机共沉淀剂分类 1 吸附共沉淀剂吸附是在沉淀表面吸附和沉淀有共同离子的盐 Fe OH 3 金属Cu中分离微量的AlPbS 富集微量的Cu2 2 混晶共沉淀剂两种化合物的晶型相同 离子半径相差在10 15 以内产生混晶 钢中的铍 可以利用BaSO4形成混晶富集 SrSO4生成混晶以富集食物中的痕量Pb2 Fe3 Cd2 Co2 等离子不干扰 选择性好 3 形成晶核的共沉淀剂 极微量离子 又分为夹带沉淀和后沉淀 又分为异型混晶和同型混晶 1 吸附共沉淀 常利用无定形沉淀进行表面吸附 沉淀剂 氢氧化物 如Fe OH 3 Al OH 3 水合氧化物 如MnO2 TiO2和硫化物 如CuS等 例如 明矾净水的原理 地球人都知道 沉淀的纯度 影响沉淀纯度的因素 共沉淀coprecipitation 后沉淀postprecipitation 吸附adsorption 包藏occlusion 混晶mixedcrystal 表面吸附 表面吸附作用力 静电力 例 扩散层 吸附层 构晶离子 扩散层 抗衡离子 吸附原则 溶解度小 电价高 浓度大 溶解度 mol L 25 C 表面吸附影响因素 沉淀表面积 温度 杂质浓度 例 以氨水沉淀Fe OH 3时 Ca2 Mg2 Zn2 Ni2 4种杂质离子的吸附量的变化示意如图 作用力 静电力 符合吸附规则 包藏occlusion 硫酸钡的共沉淀 30 C 后沉淀 后沉淀现象是指一种本来难以析出沉淀的物质 或是形成稳定的过饱和溶液而不能单独沉淀的物质 在另一种组分沉淀之后被 诱导 而随后也沉淀下来的现象 而且它们沉淀的量随放置的时间延长而加多 例 在0 01mol LZn2 的0 15mol LHCl 通H2S ZnS形成过饱和溶液 若加入Cu2 共沉淀与后沉淀对分析结果的影响 杂质的量 杂质的性质 测SO2 正误差 测Ba2 负误差 测Ba 正误差 测S 负误差 共沉淀与后沉淀对分析结果的影响的处理 表面吸附 包藏 混晶 后沉淀 洗涤 改善沉淀条件 重结晶 预先分离 立即过滤 不陈化 2 混晶共沉淀 常用于晶格相似 离子半径大小相近的载体和微量组分 例如 共沉淀Pb时沉淀剂的选用 SrSO4orBaSO4 二价Pb 二价Sr 二价Ba的半径分别为1 32A1 27A1 43A 二价Sr和二价Pb的半径更为接近 故选用SrSO4有利 返回 化学平衡过程 混晶或固溶体 BaSO4 PbSO4 同型混晶 半径相近 晶体结构相同 AgCl AgBr 异型混晶 晶体结构不同 MnSO4 5H2O FeSO4 7H2O 混晶分类 3 形成晶核共沉淀分离法 定义 有些痕量组分由于含量实在太少 即使转化为难溶物质也无法沉淀出来 但是可以把它作为晶核使另一种物质聚集在其上 使晶核长大形成沉淀而一起沉淀下来 应用 吸附共沉淀和混晶共沉淀的比较 选择性好易于过滤和洗涤需满足一定条件才可用 半径相似等 选择性差过滤和洗涤都较困难沉淀颗粒小 比表面大 分离富集效率高应用广泛 在实际测定中都需采取一定措施消除载体对微量组分测定的干扰 混晶共沉淀 吸附共沉淀 返回 常用无机共沉淀剂 有机共沉淀剂沉淀分离法 定义 以有机试剂来富集分离微量组分的分离方法称为有机共沉淀分离法 利用有机共沉淀剂中有机的微量元素离子沉淀溶解在共沉淀之中被带下来或者有机共沉淀剂与微量元素的离子形成大分子胶体 离子缔合物 螯合物等沉淀出来 无机共沉淀剂沉淀分离法 利用共沉淀剂表面吸附或混晶把微量元素带下来 有机共沉淀剂的显著优点 试剂品种多 性质各异 试剂的选择性很高 便于选用 沉淀的溶解度一般很小 有利于被测物质沉淀完全 沉淀吸附无机杂质较少 且沉淀易于过滤 洗涤 沉淀的摩尔质量大 被测组分在称量形式中占的百分比小有利提高分析的准确度 有些沉淀组成恒定 经烘干后即可称量 简化了重量分析操作 有机共沉淀剂可用强酸强氧化剂破坏 或用灼烧挥发 易消除干扰选择性高载体分子量大 富集效率高 有机共沉淀剂的显著优点 NEXT 有机共沉淀分类 1 分子胶体共沉淀2 形成离子缔合物共沉淀法3 形成螯合物共沉淀分离 1分子胶体共沉淀法常用沉淀剂 丹宁 动物胶 锗 钨 银 钼 硅 铀等含氧酸根 形成共沉淀 分子胶体共沉淀法 胶体凝聚法 当胶体溶液难以凝聚时加入有机共沉淀剂促使其凝聚析出的方法 应用 H2WO4富集钨H2WO4在酸性溶液中带负电荷的胶体 不易凝聚 辛可宁 钨酸胶体 2形成离子缔合物共沉淀分离 有机沉淀剂和某种配体形成沉淀作为载体 被富集痕量元素离子与载体中的配体络合而与带相反电荷的有机沉淀剂缔合成难溶盐 这两者具有相似结构故两者生成共溶体而一起沉淀下来 有机沉淀剂 配体 络合 缔合 元素 沉淀载体 常见离子缔合物共沉淀 常用的有机阳离子有碱性染料中的甲基紫 结晶紫 罗丹明B 丁基罗丹明B 应用 见书 p33 3形成螯合物共沉淀分离 痕量组分与螯合剂形成螯合物进入载体形成固溶体而被共沉淀下来 镭的发现 居里夫妇发现镭时就采取了共沉淀分离法中的分级结晶技术 镭的发现 返回 镭 居里夫妇证实了镭元素的存在 镭的发现在科学界爆发了一次真正的革命 1903年 居里夫妇和贝克勒尔共同荣获诺贝尔物理学奖 镭及其衰变产物发射 射线 能破坏人体内的恶性组织 因此镭针可治癌症 把镭盐和硫化锌荧光粉混合后 可制成永久性发光材料 涂在钟表和各种仪表上 可在暗处发光 是为夜光表 工业上用镭作为 射线源 用于探伤 对金属材料的内部裂缝和缺陷进行无损伤检验 在科研上 用于镭 标准源和镭 铍中子标准源 他们研究工作的杰出应用之一就是应用放射性治疗癌症 居里夫人发现镭是全人类迈向核能的开端 共沉淀分离法的历史及优势 一种古老的分离方法为放射化学发展作出了巨大贡献后来出现了许多更优秀的分离方法 如萃取 离子交换法等但是由于方法简便 实验条件易于满足 共沉淀分离法在微量元素或放射性核素分析中仍应用广泛 多用吸附共沉淀对样品进行预浓集 共沉淀分离法的应用实例 活化分析 例如 用活化法分析河 海等水样中的微量元素 由于海水中各组分的含量很少 无法直接滴定测量 要先进行预浓集 具体方法如下 5升水样 20毫克三价铁盐 氨水 氢氧化铁沉淀 HCl溶解 氢氧化铁沉淀 过滤 灼烧 氧化铁 组分离 Ge Li 谱仪 可定量测LaSmYbLu等 三价铁盐和氨水 新型沉淀分离法及其应用 新型沉淀法 盐析沉淀法 有机溶剂沉淀法 等电点沉淀法 絮凝沉淀法 在较低浓度的盐溶液中 酶和蛋白质的溶解度随盐浓度升高而增大 这称之为盐溶 当盐浓度增大至一定程度后 酶和蛋白质的溶解度又开始下降直至沉淀析出 这称之为盐析 原理在于中性盐离子对蛋白质分子表面活性基团及水活度的影响结果 盐析沉淀 蛋白质分子的表面特性 蛋白质是两性高分子电解质 由疏水性不同的20多种氨基酸组成 在水溶液中 多肽链中的疏水性氨基酸残基具有向内部折叠的趋势 使亲水性氨基酸残基分布在蛋白质立体结构的外表面 但是 仍有部分疏水性氨基酸残基暴露在外表面 形成硫水区 因此 蛋白质表面由不均匀分布的荷电基团形成的荷电区 亲水区和硫水区构成 蛋白质在自然环境中通常是可溶的 表面 大部分是亲水基团内部 大部分是疏水基团 蛋白质呈稳定的分散状态 两性物质 一定pH下表面带有一定的电荷 静电斥力作用使分子间相互排斥 蛋白质周围的水分子有序排列 在表面形成水化膜 这一层能保护蛋白质粒子避免因碰撞而聚沉 当向蛋白质溶液中加入中性盐时 低盐 盐溶 低盐情况下 随着中性盐离子强度的增加 蛋白质溶解度增大 高盐 盐析 高盐浓度时 蛋白质溶解度随之减小 盐离子部分中和蛋白质的电性 使分子间排斥作用减弱 中性盐的亲水性比蛋白质大 盐离子在水中发生水化作用从而使蛋白质脱去水化膜 暴露出疏水区域 纯一单蛋白质有公式 lgS kS IS为蛋白质溶解度 g L 为I 0时lgS 它取决于溶质的性质 kS为盐析常数 主要决定于加入盐的性质及Pr性质 I为盐离子强度 mol L 盐析的讨论 单一纯蛋白质的盐析1 在一定的pH和温度下 改变离子强度 kS盐析法盐 Pr一定 kS值一定 I 则S 2 在一定的离子强度下 改变pH和温度 盐析法 pH 在Pr的pI时其溶解度较小 温度 在保证Pr不变性下 温度 利于盐析 3 原始浓度PP小盐析所需I高 P大盐析所需I低对混合Pr的盐析 P大 会发生严重共沉作用 一般控制浓度为2 5 3 产生 盐析 Saltingout 的原因 盐离子与蛋白质表面具有相反电性的离子基团结合 形成离子对 使其分子之间电排斥作用减弱而相互聚集 靠拢 中性盐的亲水性比蛋白质大 盐离子在水中发生水化而使蛋白质脱去水化膜 暴露出疏水区 由于疏水区的相互作用 使其沉淀 影响盐析的因素 1 溶质 蛋白质等 种类不同溶质的kS和 均不相同 所需的离子强度也不同 2 溶质 蛋白质等 浓度蛋白质浓度大时 中性盐的极限沉淀浓度低 共沉作用强 分辨率低 但用盐量少 蛋白质溶解损失小 蛋白质浓度较小时 情况相反 一般蛋白质浓度控制在2 3 为宜3 pH等电点附近 用盐量少 蛋白质收率高 4 温度温度升高 溶解度升高 多数蛋白质在高盐浓度下 其溶解度反而下降 胃蛋白酶 大豆球蛋白例外 1 在固定蛋白质溶液的pH值与温度的前提下 添加盐来调节溶液离子强度以达到沉淀蛋白质的目的 此法常用于蛋白质粗制品的分级沉淀和酶制剂的制备等 2 在一定的离子强度下 调节溶液的pH值或温度以达到沉淀蛋白质的目的 此法适用于蛋白质的提纯精制以及饱和结晶等 影响盐析效果的因素有蛋白质的浓度 盐类 离子类型 离子浓度 pH值 温度等 蛋白质的盐析 蛋白质类化合物的盐析沉淀手段通常有两种 影响盐析的因素 温度的影响 pH的影响 温度的影响 低盐浓度 温度升高 溶解度升高高盐浓度 温度升高 溶解度降低 温度适当提高有利于蛋白质沉淀 高温容易导致蛋白质变性 蛋白质盐析一般在室温下进行 某些温度敏感性的蛋白质盐析最好在低温下进行 pH的影响蛋白质在pI时的溶解度最小 最容易从溶液中析出 因此选择在被盐析的蛋白质的pI附近 耗盐少 蛋白质收率也高 盐析法的优缺点 盐析法的优缺点 1 优点 室温下沉淀物在硫酸铵盐析溶液中长时间放置不会失活 且无机盐不容易引起蛋白质变性失活 非蛋白的杂质很少被夹带沉淀 适用范围广 几乎所有蛋白质和酶都能采用 设备简单 操作方便 2 缺点 沉淀物中含有大量盐析剂 硫酸铵容易分解产生氨的恶臭味 产品不能直接用于医药上 盐析法可以作为初始的提取方法 再与多种精制手段结合起来 如采用超滤 凝胶色谱 透析等方法将无机盐去除 就可制得高纯度产品 盐析操作要点 1 盐的种类及选择 在蛋白质盐析中 常用的盐析剂有 NH4 2SO4 Na2SO4 MgSO4 NaH2PO4 NaCl Na3PO4 K3PO4 NH4 2SO4原因 廉价在水中溶解度大 且溶解度随温度变化小 低温下仍具有较大的溶解度对大多数蛋白质的活力无损害 常用盐析剂在水中的溶解度 g 100ml水 盐析效果 阴离子 阳离子尤其以高价阴离子更为明显 阳离子对盐析效果的影响 Al3 H Ba2 Sr2 Ca2 Cs Rb NH4 K Na Li 盐析沉淀条件中 中性盐的合理选择至关重要 根据离子促变序列 多价盐类的盐析效果比单价的效果好 阴离子的效果比阳离子的好 顺序大致如下 柠檬酸根 酒石酸根 PO43 F I03 SO42 醋酸根 B2O3 Cl Cl03 Br N03 ClO4 I SCN Th4 A13 H Ba2 Sr2 Ca2 Mg2 Cs Rb NH4 K Na Li 在蛋白质溶液中 一般以硫酸铵 硫酸钠应用最广 选择中性盐时注意添加盐的纯度 避免杂质带来干扰或对蛋白质的毒害 使用带金属离子的盐类时 可考虑添加一定量的金属整合剂如EDTA等 蛋白质或酶等物质经