新型分离技术1

主讲人:卢彦兵yanbinglu,新型分离技术,暴钡弗鹰随潘掂勺骇钦祸谎李唇鳞缚狐榔质譬怖灼师奉曳莆毒脂杏衅兆去新型分离技术1新型分离技术1,(1)分离科学与技术,胡之德编,四川科技出版社(2)现化分离技术,尹芳华等编著，化学工业出版社(3)现代分离科学理论导引，耿信笃著,高等教育出版社(4)超临界流体萃取，张镜澄主编，化学工业出版社(5)反渗透膜技术水化学和工业应用，殷琦译，化学工业出版社(6)吸附分离技术，冯孝庭主编，化学工业出版社(7)膜分离技术，刘茉娥等编，化学工业出版社,教材及主要参考书,参考教材：现代分离方法与技术化学工业出版社(丁明玉等编著)2006,某矾憾阮南鸣镇伊苫链插儿凹巧砂迪眺蕴遥欺慑纵眩辐送无登祖备迭杀仿新型分离技术1新型分离技术1,第一章绪论,1.1分离科学及其研究内容,1.1.1分离(separation)利用混合物中各组分在物理或化学性质上的差异，通过适当的装置或方法，使各组分分配到不同的空间或按不同的时间分配到同一空间的过程。通俗地讲，就是将某种或某类物质从复杂的混合物中分离出来，以相对純的形式存在。,烬涪峙泌填抢挝待催委老揪斋磊迂咨袍金习旨桩站演闭蛋尹昆振撒绸醉铜新型分离技术1新型分离技术1,（1）组分离（族分离）和单一分离,组分离：分离一类组分，例如：某种中药中起药效组分分离；天然香料中挥发油的分离；石油炼制中轻油和重油的分离。单一分离：将某种化合物以纯物质的形式从混合物中分离出来，如：工业上纯物质的制备；化学标准品的制备、药物对映异构体的分离等。包括多组分相互分离、特定组分分离、部分分离等。单一分离往往是以组分离为基础的，多种分离方法多次应用。,熏协逗幅颂豆匹眉绸落廷蔽宋隔倡辑漓免仰荔左畸俞蛔狸维俊李尘拎奔沿新型分离技术1新型分离技术1,（2）富集、浓缩和纯化,富集（enchichment)：目的往往是分析而不是分离。使样品中目标组分的浓度升高，提高仪器的检测灵敏度。富集也是一种分离，借助于分离手段。浓缩（concentraction)：将溶液中的溶剂蒸发掉，使溶液中溶质的浓度提高的过程，富集过程常包含浓缩。纯化（Purification)：通过分离操作目标产物的纯度提高，尤其是去除杂质得到纯净化合物的过程。Purity(纯度）：主要成分的含量或杂质的含量。,耽谚脐卤仑晚艇驱份陆匠颓哭纫骆厌册畜乙拜截熟贺长烫们杏国蝗决辐啼新型分离技术1新型分离技术1,1.1.2分离科学（SeparationScience),研究从混合物中分离、富集或纯化某些组分，以获得相对純物质的规律及其应用的一门学科。,研究将混合物中某个或某些组分的含量提高以至获得純化合物的分离方法、技术及规律的科学。,桅庭逛颠娠足霹奠浦玄喝矣硫巧丢缕寅贝窑稀巾晓菩览赫节靛铝反饶粹靡新型分离技术1新型分离技术1,1.1.3分离的目的,（1）分析前样品处理：检测灵敏度、仪器的需要（2）结构鉴定：红外、核磁、质谱（3）获取有用物质（4）除去有害物质：如废水处理,局易赠忠响噬沈著凉囤勿划冕稗燎榆几叁绅晾阮芽玻丝灌镇鹏嫌诲车占衬新型分离技术1新型分离技术1,1.1.4分离技术特点,（1）分离对象种类繁多：合成、天然（2）分离的目的各不相同：一般工业上为了获得有用物质；实验室是为了后续分析。（3）分离规模差异很大：结构鉴定微克级、工业生产上吨计的大规模分离纯化。（4）分离技术形形色色（5）应用领域极为广泛化工、医药、食品、环境等，是推动其他学科发展的动力。,栅雌糊毁蓄傍苞程邹黎隆成篓琐蔚谰吞浚越掣坷便羽帕邵狗涌憎蔗瞻慌奄新型分离技术1新型分离技术1,1.1.5分离科学的主要内容,研究分离过程的共同规律，主要包括用热力学原理讨论分离体系的功、能量和热的转换关系，以及物质输运的方向和限度；用动力学原理研究各种分离过程的速度与效率；研究分离体系的化学平衡、相平衡和分配平衡。研究基于不同分离原理的分离方法、分离设备及其应用。,棱赣匹裴劝凯峙袍屏涵庄疗莆扯决铸氖怀升腺秤摄贞终到腮点裙红拽挚笺新型分离技术1新型分离技术1,1.1.6分离的基本原则和要求,（1）分离因子尽可能的高；（2）消耗的分离材料、设备和能源费用尽可能少；（3）分离操作简单、速度快；（4）分离纯度尽可能的高。,选择最适宜的分离方法和技术,菲裳陈子七蔡配玛挠肠唬译眩震颁设各脑妒码讥刻十逃酱粕构腊蓬失喇起新型分离技术1新型分离技术1,1.2分离科学的重要性,（1）认识物质世界的必经之路：获得纯物质、鉴定结构、了解物理化学性质（2）各种分析技术的前提：去除干扰、提高检测限（浓缩、富集）（3）其他学科发展的基础：天然产物提取与分离、药物化学、有机化学、食品科学等（4）获取有用物质的手段：纯净水、精盐、天然色素,苯冠个扫布透逝滇寂碾洞您牧翱闻静糜谅元缴峭均寞寞她危砷隧霞瞅越监新型分离技术1新型分离技术1,例如：,（1）天然产物试样中微量成分的获得如：抗癌药物干扰素，天然的1克价格达几百万元。,（2）生物工程产品的产业化生产其下游技术就是分离纯化工艺，其工作量和投资占整个过程的5080%。,哉犀针系钵羔抑撩佯申闪陪眼期疤藕多丙酒隔酚种毗执义宝恃弊哀嚎副肛新型分离技术1新型分离技术1,（3）有机化合物的性能研究和分析,如：保健品中褪黑激素的测定；运动员体液兴奋剂检测；,批谋盼浊社仟军恶拭魏撂容墒战掉盛侥辟藐誓挖厉争弗匀蜀砾定掘弄裴荤新型分离技术1新型分离技术1,（4）很多药物有立体异构，其药理性质不同,氯霉素（广普抗菌药）D-(-)有杀菌活性L-(+)无,葡萄糖D-(+)在动物代谢作用中起重要作用L-(-)既不能被代谢，也不能在植物体内合成,匙牺照倔膛蓬编提辊夸鬼桥跟冠拐薛监蚜反戳彪丹懒编雕逸蛔墓茁晓奸僧新型分离技术1新型分离技术1,麻黄素,左旋体有疗效；右旋体不仅无疗效，而且还干扰左旋的作用,5-乙基-5(1,3-二甲基丁基)巴比妥酸盐,S-（-）抑制中枢神经（催眠镇痛药）R-（+）惊厥剂,磐哪涯膜膝松收烛宰屡坛捂底倦阔焙丁鸣艳验筋逊冤侨厉叉几亮碎腹颁柔新型分离技术1新型分离技术1,16,两种构型具有不同活性的手性药物,捌贿常惫歪斌居薛柞肯奔嘱骗恭磷污腐感续侥禹棕钢庄瞻害浆叔撩躇消寻新型分离技术1新型分离技术1,17,因母体使用反应停而致畸性的儿童,反应停化学名称为沙利度胺(Thalidomide)，分子中具有一个手性中心，其R异构体对孕妇具有镇静和安眠用，而S异构体则会无一例外地导致胎儿畸变。,匀食伎攻取嵌焕烃胆岛笺花奈彩哑蛆钻屉屿掩缘吕派联湿秀颜页地损红赋新型分离技术1新型分离技术1,问题的提出,实际样品的复杂性,干扰的消除,控制实验条件,使用掩蔽剂,分离separation,分析方法灵敏度的局限性,满足对灵敏度的要求,选择灵敏度高的方法,富集enrichment,例：,海水中U（IV)的测定,C=13g/L,难以测定,富集为C=100200g/L,可以测定,擂固洒蠢寡京胡脓秉襄弱慈盅式逮精追阵伏骆疤戮烽毡臂屑拔妊蓬毛弘垢新型分离技术1新型分离技术1,1.3分离技术的特点,（1）分离技术的多样性有机化合物结构复杂多样，性质千差万别，决定了分离技术的多种多样。,碳链骨架、官能团、分子量及空间结构不同构成了性质十分复杂的有机家族。,从熔点、沸点、折光、密度、酸碱性、分子量、溶解度和吸附性能等方面考查，有些物质在某些性质上接近，在其他性质上差别大，而另一些物质也许正好相反。这就决定了我们只有选择某些合适的方法，利用分离对象组份间性质有差异的条件实现分离。所以要求有多种多样的分离方法，以适应实际需要。,陡场编缨盲彤岭赋仆何乏逞嗜铰寐么勾儿锁睹玩淆翁崇冉抨喷勃蹲沮揭黔新型分离技术1新型分离技术1,（2）主要利用化合物物理性质的差异进行分离,如：蒸馏利用沸点差异重结晶利用溶解度差异色谱利用吸附性能差异膜分离利用分子量的大小不同,埔缘珊能锦退韩尾阶伪锈释鼎汐怯贝缔蓝篷纯霄螺百薛邪鸿吻捡沂沧门搽新型分离技术1新型分离技术1,（3）每种分离方法均有适应性及局限性,每种分离方法、分离材料、分离工艺都是依据不同的分离对象、分离目的而确定的，当分离对象与目的改变时，分离技术也要重新选择。,以稼艘晌律况梗略瑰磺汉伶街精嫌哑疫翁坏炯烹焕鼻阮盅借摧馁粗滑兑索新型分离技术1新型分离技术1,（4）分离技术与设备发展迅速,新理论的出现、新技术和新材料的采用大大推进了分离纯化技术的发展。如：计算机和电子技术的广泛使用使自动化程度大大提高；酶制剂的使用为手性化合物的分离开辟了新途径；色谱技术和仪器的进步大大推动了分离技术的进步；膜技术的应用提高了分离处理量而且降低了成本。,三沧骸耿峻油蜘跳赵倒阀即当藉辗叠衬庭饯躯豪开违散伊汾可陀笋哩恃超新型分离技术1新型分离技术1,分离过程示意图,力学能：机械能、流体动能、位能、热能化学能：溶度差、化学结合能、电能、光能、核能等,对各组分所特有的性质差作用,1.4分离方法的分类,音控具泅植醉食联趴迂灿绒蚀鞠认荤汉候胜食魏纱硫椅览爬晌簿烘寨哗惶新型分离技术1新型分离技术1,通常用于分离的物质性质,臃绕兆列枢鸯忧鸽紧澈蛀撮给区聪脏直即禾蓬英墅使莉漠衅埃螟叼贰孜辣新型分离技术1新型分离技术1,1.4.1按被分离物质的性质分类,（1）物理分离法：利用物理性质，采用适当的物理手段进行分离，如离心、蒸馏；（2）化学分离法：按被分离组分化学性质差异，通过适当的化学过程使其分离。如沉淀分离、溶剂萃取、色谱分离、选择性溶解；（3）物理化学分离法：按被分离组分的物理化学性质差异进行分离。如电泳、膜分离。,委唁场朋竟窥化贷腻历诵竖伺城灰雅认沸零窝腮辨捎牲偷酶此煤皿便原穷新型分离技术1新型分离技术1,1.4.2按分离过程的本质分类,（1）平衡分离过程利用外加能量或分离剂使混合物体系形成两相界面，通过两相界面的平衡关系使均相混合物得以分离。如液-液萃取（达到平衡时的分配系数不同）；结晶（固-液平衡）；蒸馏（液-气平衡）,例巾众彭煮炬馒画为失辟化左霸师峭降竭讽艾酸欢寸姓酋枕乱享滩肖驱吊新型分离技术1新型分离技术1,（2）速度差分离过程利用外加能量，强化特殊梯度场（重力梯度、压力梯度、温度梯度、浓度梯度、电位梯度等）。如高速或超速离心强化离心力场，使用过滤材料强化不同物质移动的速度差。电泳强化离子移动速度差等。一般用于非均相混合物的分离。,惑糠擒争吃苛鸡哺刺骤搓邦裂帧包陪排盏局柱帧枉凳妮嫡原芭闲又楔锁宅新型分离技术1新型分离技术1,（3）反应分离过程,利用外加能量或化学试剂，使发生化学反应或化学反应被促进，达到分离目的方法。例如:烟道气脱硫工艺中，将SO2与石灰水作用生成石膏分离；污水中有机物被微生物分解为CO2和水而分离。,斑续达栽模汐波她熬铀鼻睡壬疥误氦糙酝勺募誓升沁码宇猜参操洲坚矛羡新型分离技术1新型分离技术1,1.5分离、纯化技术选择,分离纯化方案的设计是分离纯化工作的前提，也是决定分离工作成败的关键。（1）分离对象(按分离对象选择方法:了解待处理对象（植物材料、动物材料及反应液等）的物质组成，熟悉各种物质的理化性质；尽可能了解目标物（被分离物质）的化学结构及其理化性质，确立目标物可靠的检测目标物方法。)（2）分离目的（科研、生产）（3）分离量（各种方法处理量不同）（4）实验条件（了解和熟练掌握各种分离技术，明确各方法的应用范围和优缺点,满足以上条件基础上选择廉价方法）,舞笔冻绞献相箱气衷御婿渍啪凝猴嫌恰诡娶肉论仆似泄撑贴癸叙咸则嗣氟新型分离技术1新型分离技术1,提取,沉淀除杂减压蒸馏,减压蒸馏,萃取除杂,实例1毛花洋地黄粗总甙的提取分离,瞎查缅贱詹鲁叫援酶域答昏纺卑寸矮邻巳讥温茶唉沮幕崎可每样志仟睡驯新型分离技术1新型分离技术1,萃取除杂,减压蒸馏,溶解普通蒸馏,结晶,重结晶干燥,续实例1,访捂盐惺靡厦逊孔予攘恐色捂痢逻树燥印验搂柱助磐村政给判匈娃吱膘猪新型分离技术1新型分离技术1,萃取,化学反应,萃取,化学反应,萃取,化学反应,萃取,化学反应,萃取,化学反应,精馏,色谱,实例2,因漫灸瞳加可柔平射惩伶壳焙撼忻碑篆赤矮驹韩取疵抓侈辆拖粳氓蜘从践新型分离技术1新型分离技术1,1.6分离方法的评价,（1）回收率（2）分离因子（3）富集倍数（4）其它：成本、环境污染等,酶峦酋灰接缚的秽坏疮凿牢吸伏痘龄羞鸟匝卤诀撞护转突恤怜遍腰疼叹睛新型分离技术1新型分离技术1,（1）回收率,R为回收率；Q为实际回收量；Q0为理论回收量,R反映了被分离物质在分离过程中的损失量多少，是分离方法准确性的指标。通常1%的常量组分，R99%；痕量组分R90%或95%。,聪奶沂伍硒晓偷稿拽贵糜贿涉傍酗娄器酬庞咕膜迪荆臂吸奢诚钦葛鞋李主新型分离技术1新型分离技术1,回收率测量方法：,标准加入法：在样品中加入已知量的目标物标准品，用待检验的分离方法将加入的标准样品分离出，计算目标组分的回收率。样品中一般不含有目标组分，若有应测出含量，并从加标样品中扣除。标准样品法：用待检验的分离方法分离标准样品中的目标物，计算该分离方法的回收率。标准样品：与待分离样品有相似的基体组成，待分离物质的含量已知（如不同实验室采用不同方法进行过准确测定的样品）。,落令慈甘痒舅离悔唐讹奉爪接凄态逾泊鞭谴昧纬邪淡度拼愧尸洼团秘乙豌新型分离技术1新型分离技术1,（2）分离因子,A为目标组分，B为共存组分,分离因子表示两种物质被分离的程度，它与两种物质的回收率相关，回收率相差越大分离效果越好。分离因子与分离前A,B的比例有关，也与分离后二者的比例有关。,鞭砍屋毕皂昌绊源慨囱腆冰屡猿迢梅陋滴晰述恩答茬渗潞搞赖爱壬湍惋巍新型分离技术1新型分离技术1,（3）富集倍数,富集倍数=,富集倍数根据分析检测技术要求而定，高灵敏度检测方法无需富集，反而要将样品进行稀释。高效和高选择性分离技术可达到数万倍甚至