《有机物的分离与提纯》ppt课件.ppt

第二章有机物的分离与提纯第一节简单混合物的分离 在工厂 实验室中一般需要完成对有机化合物的鉴定和对原料 中间体及产品主要成分的测定等工作 但这些工作往往需要化学分析和仪器分析法相结合来进行的 由于采用仪器分析来测定样品的结构时 样品必须是纯样 这就有一个对样品进行分离提纯的问题 2 观察其样品的物理状态 对于液体样品 观察其是否分层 是否有悬浮物或沉淀物 有何气味和颜色 对固体样品 应采用显微镜观察混合物的晶型 是否有颜色差异 并嗅其气味 1 了解样品的来源 用途 一 混合物分离的一般程序 有一未知液体 有愉快香味 溶于水 乙醚 灼烧火焰亮黄色 沸点55 565 与2 4 二硝基苯肼生成黄色沉淀 其沉淀经过滤 干燥 测熔点为148 试确定此化合物 分析 溶于水 乙醚 是低分子极性化合物 火焰亮黄色 含有氧元素 实例1 具有香味 是低分子醇醛酮 非酯类化合物 酯类化合物不溶于水 能与2 4 二硝基苯肼生成黄色沉淀 是醛或酮 沸点55 565 查文献 与丙酮沸点接近 而丙酮的2 4 二硝基苯肼衍生物熔点148 149 故该化合物是丙酮 4 液体混合物的含水试验 3 灼烧实验 有无气体 火焰颜色及是否有烟 有无残渣残留 一 混合物分离的一般程序 5 液体混合物的挥发性试验 6 溶解性试验 对固体混合物尤为重要 用于检验混合物溶解性的试剂 水 乙醚 5 盐酸溶液和5 氢氧化钠溶液 8 官能团的检测 用高锰酸钾试验 不饱和度及氧化性 2 4 二硝基苯肼实验 醛酮的鉴别 三氯化铁溶液试验 显色反应 饱和溴水溶液试验 7 元素定性分析 对于无水样品可采用钠熔法试验 鉴定氮 硫及卤素 对于水溶液可直接检验硫酸根和卤离子 归纳总结 对于液体混合物 最重要的是挥发性试验和溶解性试验 对于固体混合物 最重要的是溶解性试验 分离和提纯物质时要注意 2 方法 杂转纯 杂变沉 化为气 溶剂分 1 原则 不增 不减 易分 复原 二 混合物的分离的常用方法主要有物理方法 也有化学方法 分离和提纯有什么不同 分离是通过适当的方法 把混合物中的几种物质分开 每一组分都要保留下来 且不能使原有各组分的结构发生变化 提纯指保留混合物中的某一主要组分 把其余杂质通过一定方法都除去 你知道吗 回顾一下 你学过哪些有关混合物的分离的方法 如何应用这些方法分离混合物 原理 利用组分的溶解性差异 将液体和不溶于液体的固体分离开来 过滤 实验用品 漏斗 滤纸 铁架台 铁圈 烧杯 玻璃棒 图1 注意 一贴 二低 三靠 图1 一贴 滤纸紧贴漏斗壁 二低 滤纸上沿低于漏斗口 溶液液面低于滤纸上沿 三靠 漏斗颈下端紧靠承接滤液的烧杯的内壁 引流的玻璃棒下端轻靠滤纸三层一侧 盛待过滤的烧杯的嘴部靠在玻璃棒的中下部 蒸发 原理 利用加热的方法 使溶液中溶剂不断挥发而析出溶质 晶体 的过程 实验用品 蒸发皿 玻璃棒 酒精灯 铁架台 铁圈 操作注意事项 蒸发皿中的液体不能超过其容积的2 3 当出现大量固体时 应停止加热用余热蒸干 不能把热的蒸发皿直接放在实验台上 应垫上石棉网 混合物的性质与分离方法之间有什么关系 结论 不同的分离方法都有一定的适用范围 要根据不同混合物的性质来选择合适的分离方法进行分离 交流与讨论 请根据要求设计分离和提纯下列物质的实验方案 并将你的方案与同学交流讨论 已知Mg OH 2难溶于水 BaSO4既难溶于水又难溶于酸 BaCO3难溶于水 但可溶于盐酸 现有含Na2SO4 MgCl2和泥沙的粗食盐 请设计实验方案 由粗食盐提纯NaCl 提示 Mg OH 2比MgCO3更难溶 除去Mg2 除沉淀 除去CO32 和OH 上述加入试剂的先后顺序还可设计为 BaCl2 NaOH Na2CO3 HCl 关键是Na2CO3溶液要在BaCl2溶液之后 而稀HCl必须在最后加 思路 NaOH BaCl2 Na2CO3 HCl 实验方案 具体实验步骤 将粗食盐加水使之溶解 溶解 将步骤 1 所得混合物进行过滤 过滤 向 2 所得滤液加入过量BaCl2溶液到沉淀不再增加为止 静置沉降 除SO42 向 3 所得的上层清液加入过量Na2CO3溶液 直至沉淀不再生成为止 静置沉降 除Ba2 向 4 所得上层清液加入过量的NaOH溶液 直至沉淀不再生成 静置沉降 除Mg2 将 5 所得混合物过滤 往滤液中加入稍过量的稀HCl至不再产生气泡 除OH CO32 将 6 所得溶液加热蒸发 除HCl 结晶是分离和提纯固体混合物的一种方法 它适用于可溶性物质的混合物 且混合物中一种物质的溶解度受温度影响变化较大 而另一种物质溶解度受温度影响变化不大的混合物的分离和提纯 3 结晶或重结晶 现有KCl和KNO3的固体混合物50g 其中KCl的质量分数为10 请设计实验方案提纯KNO3 交流与讨论 提示 100摄氏度是KNO3的溶解度是246g KCL的溶解度是56 7g 20摄氏度KNO3的溶解度31 6g KCL的溶解度34 0g 实验方案 溶解 将50g混合物放入烧杯中 加入约18 3mL100 的热水 使固体完全溶解 降温结晶 将 1 所得溶液放在实验台上自然冷却到不再有固体析出 3 过滤 将 2 所得混合物进行过滤 滤纸上的晶体即为较纯净的KNO3 不用洗涤 重结晶 将若需要更纯净的KNO3晶体 可将 3 中所得晶体再结晶 重复 1 3 操作一次 萃取 利用溶质在溶剂中溶解度的不同 用一种溶剂把易溶组分从原来溶液中提取出来的方法 萃取剂的选择条件 1 萃取剂与原溶剂不混溶 不反应2 溶质在萃取剂中有较大的溶解度3 溶质不与萃取剂发生任何反应 分液 分离互不相溶的液体 操作注意 充分振荡 适当放气 充分静止 然后分液 分液时保持漏斗内与大气压一致 下层溶液下口出 上层溶液上口出 分液 层析 据混合物中各物质被吸附性能的不同 把它们溶解在某溶剂中 以层析的方法进行分离 利用各组分沸点不同 将液态混合物分离和提纯的方法 蒸馏 投放沸石或瓷片 温度计水银球处于支管口处 水 下入上出 操作注意 加入碎瓷片 水银球的位置 全程严格控制好温度 酒精和水的混合物能否用蒸馏分离 先蒸馏出来的是什么 用蒸馏原理进行多种混合液体的分离 叫分馏 溶液体积不超过烧瓶体积1 2 利用各组分沸点不同 将液态混合物分离和提纯的方法 蒸馏 蒸馏常采用哪些方法 普通蒸馏 水浴蒸馏 对于沸点低于100 且两有机组分的沸点相差大于30 且无共沸现象 可采用分馏或普通蒸馏将其中易挥发组分蒸出 实例 乙醚萃取苯乙酮的萃取液的分离 第二节色谱法 色谱法 又称层析法 是一种物理的分离方法 色谱法总有两个相 一个固定相和一个流动相 因为流动相的流动以及各成分在两相中的性质的差别而得到分离 薄层色谱法和纸色普法 是色谱法中应用最普遍的方法 其特点 分离速度快 效率高 适用性强 操作简便 在植物成分研究 生物化学 药物化学 卫生化学 毒物检验中广泛用来分离 精制和鉴定化学物质等 色层分析法总是由一种流动相 带着被分离的物质 流经固定相 从而使试样中的各组份分离 按层析的机理分为 吸附层析 分配层析 离子交换层析和凝胶层析 按分离的操作形式不同可分为 柱层析法 纸层析法和薄层层析法 本节重点介绍纸层析法和薄层层析法 一 基本原理纸上层析的操作是在一张滤纸 层析纸 上 一端点上欲分离的试液 然后把层析纸悬挂于层析筒内 如图4 2所示 使展开剂 流动相 从试液斑点一端 通过毛细管虹吸作用 慢慢沿着纸条流向另一端 从而使试样中的混合物得到分离 如果欲分离物质是有色的 在纸上可以看到各组份的色斑 如为无色物质 可用其它物理的或化学的方法使它们显出斑点来 一 纸层色谱法 纸上层析是一种分配层析 以滤纸作为支持剂 滤纸纤维素吸附着的水分为固定相 试样经层析后 常用比移值Rf来表示各组份在层析谱中的位置 Rf 0 1之间 Rf值最大等于1 即该组份随展开剂上升至溶剂前缘 表示溶质不进入固定相 Rf值最小等于0 即该组份不随展开剂移动 仍在原点位置 二 层析条件的选择1 层析纸的选择和处理 1 要求滤纸质地均匀 2 滤纸要纯净 不含影响展开效果的杂质 也不应与所用显色剂起作用 3 滤纸对溶剂的渗透速度适宜 2 展开剂的选择 1 溶剂系统与被分离物质之间不应起化学反应 2 物质在溶剂系统中的分配系数最好不受或少受温度变化的影响 并在两相中的分配能迅速达到平衡 这样易于得到圆形斑点 3 挥发性较好 使滤纸在展开后易于干燥 4 被分离物质在该溶剂系统中Rf值应在0 1 0 85之间 两个被分离物质的Rf值之差应大于0 05 一般不使用单一有机溶剂作展开剂 多采用水饱和的一种或几种有机溶剂作展开剂 纸层析条件的选择最终还必须通过实践来决定 三 操作方法纸上层析法的过程 主要有五个步骤 1 点样将试样溶于乙醇 丙酮 氯仿等易挥发的溶剂中 配成一定浓度的试液 若为液体试样 一般可直接点样 2 展开按层析纸的大小 形状 选用合适密闭容器 图4 4为层析装置 3 显色展层后 取出层析纸 画好溶剂前缘标记 有些物质可以在紫外光下观察荧光或紫外吸收斑点 则不必使用显色剂 4 定性分析在一定的操作条件下 每种物质都有一定的Rf值 测量Rf值与手册对照 5 定量分析 1 剪洗法 2 标准系列法 3 直接比色 二 薄层层析法又称薄板层析法 把吸附剂均匀地铺在一块玻璃板或塑料板上形成薄层 在此薄层上进行色层分离 故称为薄层层析 因为层析是在薄层吸附剂上进行 所以也称为吸附薄层层析法 优点 1 快速 展开时间短 2 分离能力强 斑点小而清晰 3 灵敏度高 能检出几微克至几十微克的物质 比纸层析灵敏10 100倍 4 显色方便 能直接喷洒腐蚀性的显色剂 如浓硫酸等 可以高温灼烧 5 应用面广 可用于微量成分的分析 也可作制备层析 二 层析条件的选择吸附剂和展开剂的选择是薄层层析分离能否获得成功的关键 必须根据欲分离物质的性质适当的选择使用 1 吸附剂的选择吸附剂一般应为粒度均匀的细小颗粒 具有较大的表面积和一定的吸附能力 与被分离物和展开剂不起化学反应 也不溶于展开剂中 2 常用的吸附剂 1 氧化铝 2 硅胶 另外 还有硅藻土 硅藻土G 硅藻土GF254 聚酰胺 纤维素等 3 展开剂的选择薄层层析所用展开剂主要是低沸点的有机溶剂 一般使用2 3种组分的多元溶剂系统 在选择展开剂时 应根据展开剂的极性 被测物的极性及吸附剂的活性三个方面来考虑 三角图形法可作为一个初步估计的方法 见图4 7 通过试验选择展开剂 常用下面两种方法 1 微量圆环法 见图4 8 2 载玻片法 三 操作方法薄层层析法的过程 主要有六个步骤 1 制薄层板 1 软板的制备 2 硬板的制备 涂板方法 倾注法 刮层法 涂铺器铺层法 3 活化 涂好的薄层板要进行活化 表4 6湿法制板方法及活化条件 2 点样将试样用适当的溶剂 般用乙醇 丙酮 氯仿等 不宜用水 溶解 制成0 5 1 的试液 点样量要根据薄层厚度 试样和吸附剂性质 显色剂的灵敏度以及定量测定的方法等 通过试验来确定 3 展开和纸层析相似 薄层层析在密闭的层析缸中 用上行法 下行法或近水平法展开 4 显色常用的显色方法有三类 在紫外光下观察 以蒸气熏蒸显色 以及喷以各种显色剂 5 定性分析显色后可以根据各个斑点在薄层上的位置计算出Rf值 然后与文献记载的Rf值比较以鉴定物质 但是薄层层析Rf值的影响因素很多 重现性较差 文献上查到的Rf值只能供参考 6 定量分析 1 目视比较半定量法 2 洗脱法 薄层层析的定量测定 展开后 薄层分离所得斑点中化合物可进一步定量 其测定方法可分为两大类 一类为洗脱测定法 将所需测定的斑点中的组分用适当溶剂洗脱 再选用适当方法定量 另一类为直接测定法 色谱分离后 直接用肉眼观察比较或用仪器扫描斑点而测定其含量 1洗脱测定法 1斑点的定位2斑点的洗脱 用吸集器将斑点位置的吸附吸下 然后用洗脱溶剂洗脱 3测定 1 紫外分光光度法 洗脱液调整至一定体积 在此化合物最大吸收波长处测定 同时把样品斑点相应位置薄层吸附剂同样取下做空白对照 2 比色法 选择灵敏度高 专属性好的比色反应测定化合物含量 是比较常用的方法 3 其它方法 极谱 库仑滴定 荧光测定等 吸集器及减压洗脱装置 吸集器 减压洗脱 2直接测定法 1目测法样品经色谱分离后 直接观察所得斑点的大小和颜色的深浅 并与标准品在相同条件下展开所得到的一系列已知不同浓度的标准斑点相比较 而近似地判断样品中所测成分的含量 2测面积法展开