分析化学课件

1、1第第 9 章章 定量分析中的分离方法定量分析中的分离方法9.1 概述概述9.2 沉淀分离法沉淀分离法9.3 溶剂萃取分离法溶剂萃取分离法9.4 离子交换法离子交换法9.5 色谱分离法色谱分离法2定量分析过程定量分析过程取样取样溶样溶样消除干扰消除干扰 测定测定 计算计算 掩蔽掩蔽 原理原理 数据处理数据处理 分离分离 方法方法 结果结果9.1 概述概述3气液分离气液分离：挥发和蒸馏挥发和蒸馏 克氏定氮法，克氏定氮法，Cl2预氧化预氧化I-法法液液分离液液分离螯合物萃取螯合物萃取离子缔合物萃取离子缔合物萃取三元络合物萃取三元络合物萃取支撑型液膜支撑型液膜乳状液型液膜乳状液型液膜生物膜生物膜萃取

2、分离萃取分离 液膜分离液膜分离其他分离方法其他分离方法：萃淋树脂、螯合树脂、浮选、萃淋树脂、螯合树脂、浮选、色谱分离法色谱分离法分离分析法分离分析法：气相色谱法，液相色谱法、电泳分析法：气相色谱法，液相色谱法、电泳分析法分分 离离 方方 法法固液分离固液分离沉淀分离沉淀分离离子交换分离离子交换分离氢氧化物：氢氧化物：NaOH、NH3硫化物：硫化物：H2S有机沉淀剂：有机沉淀剂：H2C2O4，丁二酮肟，丁二酮肟阳离子交换树脂阳离子交换树脂阴离子交换树脂阴离子交换树脂固相萃取固相萃取气固分离气固分离-超临界流体萃取超临界流体萃取4分离的意义：分离的意义：消除干扰、富集微量待测组分消除干扰、富集微量

3、待测组分. .对分离的要求：对分离的要求：1 1）干扰组分应减小至不再干扰被测组分的测定；）干扰组分应减小至不再干扰被测组分的测定；2 2）被测组分在分离过程中的损失要小到可以不计。）被测组分在分离过程中的损失要小到可以不计。被测组分被测组分A A的回收率（的回收率（R RA A）：）：AA100%AR 分分离离后后的的测测定定值值样样品品中中的的总总量量A为主要组分：为主要组分：RA99.9%A在在1%： RA99%A为微量组分：为微量组分：RA95%或更低或更低A、B两组分分离效果的好坏用分离因数两组分分离效果的好坏用分离因数S 表示表示BB /AA=RSR5 9.2.1 无机沉淀剂无机沉

4、淀剂 1.氢氧化物沉淀氢氧化物沉淀： OH-:分离两性分离两性(Zn(II),Pb(II),Sn(II),Al(III)与非两性物与非两性物. 蛋白质的分离蛋白质的分离-调调pH至等电点至等电点. NH3H2O:分离高价金属离子分离高价金属离子(Th4+,Al3+,Fe3+)与易生成与易生成 氨络合物的金属氨络合物的金属(Cu,Co,Ni,Zn,Cd,Hg,Ag). 2. 硫化物硫化物：H2S(控制酸度以控制控制酸度以控制S2-浓度浓度) 3. 其他沉淀剂：其他沉淀剂：Cl-, SO42-, CrO42-, PO43-, F-等等. Ag+ Ba2+, Pb2+ Mg2+ Ca2+ 容易共沉淀

5、容易共沉淀, , 选择性不高选择性不高; ; 应首先沉淀微量组分应首先沉淀微量组分. .9.2 沉淀分离法沉淀分离法69.2.2 有机沉淀剂有机沉淀剂种类多种类多,选择性好选择性好, 晶形好晶形好,可灼烧除去可灼烧除去. H2C2O4 用于用于 Ca2+, Ba2+, Sr2+, Th4+与与Fe3+, Al3+, Zr4+ 分离分离铜铁试剂铜铁试剂（N-亚硝基亚硝基-苯胲胺）苯胲胺）在在1:9的的H2SO4 中，中，Fe3+、Ti4+、V(V)与与Al3+、Co2+、Cr3+、 Ni2+ 分离分离.N-ONH4N=O7铜试剂铜试剂（二乙基胺二硫代甲酸钠）（二乙基胺二硫代甲酸钠）使重金属离子与

6、使重金属离子与Al3+、稀土、碱土离子分离稀土、碱土离子分离.在弱酸性溶液中只与在弱酸性溶液中只与Ni2+、 Pd2+生成沉淀生成沉淀在氨性溶液中在氨性溶液中,酒石酸存在酒石酸存在下下,与与Ni2+的反应几乎是特的反应几乎是特效的效的.丁二酮肟丁二酮肟NCSSNaC2H5C2H5CH3CCNOHNOHH3C8 通过控制通过控制pH和加入掩和加入掩蔽剂，使一些金属离蔽剂，使一些金属离子得到分离子得到分离. 8羟基喹啉羟基喹啉 不与不与Al3+生成沉淀，生成沉淀，可与可与Zn2+、 Mg2+生生成沉淀成沉淀.1甲基甲基8羟基喹啉羟基喹啉NOHNOHCH399.2.3 共沉淀分离富集共沉淀分离富集C

7、aCO3(Pb), Al(OH)3, Fe(OH)3 选择性差选择性差, 干扰下一步测定干扰下一步测定.有机共沉淀剂有机共沉淀剂: 丹宁丹宁, 动物胶等动物胶等,可灼烧除去可灼烧除去.例例: 丁二酮肟丁二酮肟-Ni(内络盐内络盐)+惰性共沉淀剂惰性共沉淀剂+ 丁二酮肟二烷酯丁二酮肟二烷酯 (乙醇溶液乙醇溶液) +SCN-甲基紫甲基紫+(络合共沉淀剂络合共沉淀剂)Zn2+ Zn(SCN)42- 难溶三元络合物难溶三元络合物SCN-甲基紫甲基紫+(10 g/L)例例:OHONiN CON C CH3CH3HOCH3CCNNH3C居里夫妇与居里夫妇与钋和镭钋和镭10 2. 利用络合掩蔽作用利用络合掩

8、蔽作用 例例 Ca2+、Mg2+分离分离 (NH4)2C2O4过量过量, Ca2+ 沉淀沉淀, Mg2+生成生成Mg(C2O4)22-. 例例 Pb2+、Ca2+分离分离在在EDTA存在下，控制存在下，控制pH2.84.9,CaC2O4,与与Pb2+分离分离.9.2.4 提高沉淀分离的选择性提高沉淀分离的选择性 在在KCN的氨性溶液中通入的氨性溶液中通入H2S， Cd2+被沉淀，被沉淀， Cu2+不沉淀不沉淀, Cu2+ Cu(CN)32-1. 控制酸度控制酸度: 例例 Cu2+、Cd2+分离分离11用草酸盐沉淀用草酸盐沉淀分离分离Pb2、Ca2pCa pPb pPb X 1.0pCa 无无E

9、DTAX6.110 8 6 4 2 0 pM(pM )024682.84.9pH6.88.7pCa 5pPb 2pCa pPb pKsp(PbC2O4) =9.7, lgK(PbY)=18.0 pKsp(CaC2O4) =7.8, lgK(CaY)=10.7有有EDTAC2O4 =0.1 molL-1 Y =0.01 molL-1123. 利用氧化还原反应利用氧化还原反应, ,改变离子存在状态改变离子存在状态Fe3+Cr3+Mn2+ Ca2+,Mg2+NaOHH2O2Fe(OH)3CrO42-MnO(OH)2Ca2+, Mg2+O2139.3 溶剂萃取分离法溶剂萃取分离法9.3.1 萃取原理与

10、基本概念萃取原理与基本概念依据依据: “相似相溶相似相溶”, 物质在极性不同的溶剂物质在极性不同的溶剂中中 溶解度不同溶解度不同. 水水: 极性极性, 离子型化合物离子型化合物(亲水性亲水性)易溶易溶. 有机溶剂有机溶剂(丙酮丙酮,CHCl3,CCl4,苯苯): 有机化合物有机化合物 (疏水性疏水性)易溶易溶.萃取萃取: 将亲水性物质转化成疏水性化合物而将亲水性物质转化成疏水性化合物而 进入有机相进入有机相.反萃取反萃取: 恢复亲水性恢复亲水性,再回到水相再回到水相.14分配平衡分配平衡示意图示意图1. 分配系数分配系数在一定温度下在一定温度下, ,浓度不太大时浓度不太大时, ,KD为常数为常

11、数, ,称称分配定律。分配定律。woA 有机相有机相A 水相水相 WDOAAK 中性分子中性分子 1DWO(A)(A)aKa 严格说：严格说：15I2O(g/L) 25.61 0.2913 87.9 16.54 0.1934 85.5 10.88 0.1276 85.3 6.97 0.0818 85.2I2W(gL-1)碘在碘在CCl4H2O中的分配（中的分配（25） KD162. 分配比分配比例：例：有有I-存在时存在时, I2在在CCl4H2O中的分配中的分配121WW2 WOOO(A)A +A +=(A)A +A +cDc2WOODI (I2223W2)WI I I I I (1I =)

12、KD 23(III ,710) lgKDlgDlgI-DD-I (I )2-I (I )211I 1,I 1,DKDK 当当则则当当则则173. 萃取率萃取率100%DEDR WOWOWOOOOWWOOOOWWOOW100%/100%/100%/c Vc Vc Vc Vc Vc Vc Vc Vc VDDVV 相比相比 R100%E被萃取物在有机相中的总量被萃取物在有机相中的总量被萃取物总量被萃取物总量18在不同在不同KI浓度下的浓度下的I2在在CCl4-H2O体系中的体系中的D和和E(R =1)lgI-0-1-2-3-4-5-6lgD-1.10.0130.981.681.901.931.94D

13、0.0791.039.547.979.485.187.1E7.750.890.598.098.898.8598.85相比确定时相比确定时, 分配比分配比D 越大越大, 萃取率萃取率E 越高。越高。19分配比与萃取率的关系曲线分配比与萃取率的关系曲线DE/%1501091100991000 99.9100010010.01.00.100.01D0 20 40 60 80 100萃取率萃取率 (E/%)100%DEDR （VO=VW, R=1)20若若D=5，R=1 时，时， 一次萃取率一次萃取率 E = 83%若若D=5，R=1/3 时，一次萃取率时，一次萃取率 E = 94%若若D=5，R=1

14、 时，时， 三次总萃取率三次总萃取率 E = 99.5% 用同量溶剂多次萃取效果好用同量溶剂多次萃取效果好.OOWW100%100%)/(/DER VVDDD VVR 萃取次数与萃取率的关系萃取次数与萃取率的关系21m0为被萃取物总量，为被萃取物总量，m1为一次萃取后，水中剩余量为一次萃取后，水中剩余量.多次萃取时多次萃取时萃取率萃取率 E 的计算的计算OOW011W()/mmcVDVmc W10OW()VmmDVV 一一次次萃萃取取：W0OW()nnVnmmDVV 萃萃取取 次次: :00=100%nmmEm 22例例1 在在pH=7.0时时, 以以8羟基喹啉羟基喹啉(Oxine)氯仿溶液从

15、氯仿溶液从 水溶液中萃取水溶液中萃取La3+。已知已知: D=43, c(La3+)W=1.00 mg/mL, VW=20.0 mL.2. VOxine= 5.0 mL n=22220.0= 20.0() = 0.145mg435.0+20.0m 20.0-0.145= 99%20.0E/DEDVV WO=43/(43+2)=96%1. VOxine= 10.0 mL23 乙醚作用：生成乙醚作用：生成 盐盐, 溶剂溶剂, 萃取剂萃取剂.1. 离子缔合物萃取离子缔合物萃取 萃取容量较大萃取容量较大, ,常用于分离基体元素常用于分离基体元素, ,如钢铁中的如钢铁中的FeFe3+3+. .9.3.2

16、 萃取类型与萃取平衡萃取类型与萃取平衡盐盐 萃入乙醚中萃入乙醚中FeCl4OH+C2H5C2H5OHC2H5C2H5FeCl424 Sb(V)在浓在浓HCl中生成中生成SbCl6-，可与碱性染料孔，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于萃取光度法测微量Sb。 离子缔合物萃取离子缔合物萃取例例(H3C)2NN(CH3)2 SbCl6C25丁二酮肟镍丁二酮肟镍(电中性电中性)，从水中萃入，从水中萃入CHCl3 .2. 螯合物萃取螯合物萃取2Ni2CH3CCNOHNOHH3COHON iNCONCCH3CH3HOCH

17、3CCNNH3C269.3.3 几种重要的萃取剂几种重要的萃取剂 乙酰丙酮乙酰丙酮lgKH(HL)=8.9， lgKD=0.77（C6H6H2O ）萃取离子：萃取离子：Fe3BeCuAlThPbNiCo2+ZnMnHg噻吩甲酰三氟丙酮噻吩甲酰三氟丙酮lgKH(HL)=6.23， lgKD=1.6可在酸性溶液中萃取金属离子可在酸性溶液中萃取金属离子,主要用于锕系元素分离主要用于锕系元素分离.CH3COCH2CCH3OSCOCH2COCF3278-羟基喹啉羟基喹啉 铜铁试剂铜铁试剂lgKD=2.6，lgKH(HL)=9.9， lgKH(H2L) =5.0 （CH2Cl2H2O ）VO2+Fe3+G

18、a3+CuTiO2+BiNiAlTh Hg Co Zn CdPbMnCalgKH(HL)=4.16， lgKD=2.18 （CHCl3H2O ） Fe3,Ti, Zr,V,Nb,Bi,Cu,Th（酸性）（酸性）NOHN-ONH4N=O289.3.4 溶剂萃取的应用溶剂萃取的应用 1. 萃取分离萃取分离 双硫腙能与双硫腙能与20余种余种M生成螯合物生成螯合物 稀无机酸溶液（稀无机酸溶液（0.10.5molL-1），可萃取），可萃取Hg、Ag、Au、Cu；萃取后；萃取后, 用含用含EDTA的碱性溶液洗萃取液的碱性溶液洗萃取液, HgY被反萃到水相被反萃到水相,几乎无干扰几乎无干扰. 弱酸性介质，可

19、萃取弱酸性介质，可萃取Bi. 中性或弱碱性，可萃取中性或弱碱性，可萃取Zn、Cd、Pb、Ni.2. 萃取富集萃取富集 天然水中致癌物天然水中致癌物3、4-苯并芘的检测苯并芘的检测 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 荧光法测定荧光法测定.29溶剂比水轻溶剂比水轻溶剂比水重溶剂比水重溶剂溶剂溶溶剂剂水溶液水溶液水溶液水溶液 冷凝器冷凝器 连续萃取装置连续萃取装置303. 萃取比色萃取比色. 合金钢中钒的测定合金钢中钒的测定三元络合物三元络合物紫红色紫红色萃取光度法萃取光度法= 530nmV(IV)氧化剂氧化剂V(V)钽试剂钽试剂CHC

20、l3V-钽试剂钽试剂-ClHCl(3.5molL-1)1 : 2 : 131+ + + + + + + o +o + o+ o +o + oo o oo + oo o oo o oo o o+ + + + + + + + + + + + + + + o +o + oo + oo o oo o oo o oo o oo o oo o oo o o o + o+ o +o o + + + o+ + + + + + +K+H+淋洗淋洗交换上柱交换上柱溶液中的离子溶液中的离子与离子交换树与离子交换树脂发生离子交脂发生离子交换而分离换而分离. .9.3 离子交换分离法离子交换分离法32A+BABAB柱层

21、析柱层析离子交换层析法离子交换层析法将交换上去的离子，将交换上去的离子， 用适当的洗脱剂依用适当的洗脱剂依次洗脱而分离次洗脱而分离. .33CO O HCH2CHOHCH CH2CH CH2CH CH2CH CH2CH CH2CH CH2CH CH2CH CH2CH CH2CH CH3CH CH3CH CH2CH CH2CH CH2CH CH2CH CH2CH CH2CH CH2CH CH2CH CH2CH CH2CH CH3CH CH2CH CH2H2S O4S O3HS O3HS O3HS O3HS O3HS O3H+HC=CHHC=CHHC=CH（催催化化剂剂）n（分分散散剂剂）交联度交

22、联度: w (交联剂交联剂) 812%交换容量：交换容量：36 mmol/g(干）干）9.3.1 树脂的种类和性质树脂的种类和性质 网状高分子聚合物网状高分子聚合物34树脂类型树脂类型阳离子交换树脂阳离子交换树脂: 含酸性活性基团的树脂。含酸性活性基团的树脂。强酸型：强酸型： RSO3H pH 0-14 不受酸度限制不受酸度限制33R-SO HNaR-SO NaH 交换交换洗脱洗脱 弱酸型：弱酸型：RCOOH pH4 ROH pH9.5 选择性好选择性好, , 可分离各种有机碱及氨基酸可分离各种有机碱及氨基酸35强碱型：强碱型：R N(CH3)3Cl pH 0-14弱碱型：弱碱型：R NH2

23、， RNHCH3 pH 0-7 RN(CH3)2 pH 9.5螯合树脂：螯合树脂：含有特殊的螯合活性基团含有特殊的螯合活性基团+-+33R-NH OHClR-NH ClOH 交换交换洗脱洗脱+223R-NHH OR-NH OH 水化作用水化作用阴离子交换树脂阴离子交换树脂: 含碱性活性基团的树脂含碱性活性基团的树脂 36 9.3.2 树脂对离子的亲和力顺序树脂对离子的亲和力顺序强酸型阳离子交换树脂强酸型阳离子交换树脂 对一价阳离子对一价阳离子 Li+ H+ Na+ NH4+ K+ Rb+ Cs+ Ag+ Tl+ 对二价阳离子对二价阳离子 Mg2+ Ca2+ Sr2+ Ba2+ Fe2+ Co2

24、+ Ni2 +Cu2+ Zn2+ 水合离子半径越小亲和力越大水合离子半径越小亲和力越大强碱型阴离子交换树脂强碱型阴离子交换树脂 F- OH- Ac- HCOO- H2PO4- Cl- NO3- HSO4- CrO42- SO42-对不同价态离子对不同价态离子 Na+ Ca2+ Fe3+ Th4+ 电荷数越高亲和力越大电荷数越高亲和力越大37阳离子交换分离阳离子交换分离（0.1molL-1 HCl为淋洗液）为淋洗液）0100200300400V洗洗(mL)cLi+Na+K+(2molL-1 HCl)K+亲和力大的先被交换上去亲和力大的先被交换上去, 后被洗脱下来后被洗脱下来.389.3.3 离子

25、交换分离操作技术离子交换分离操作技术1.树脂的选择和处理树脂的选择和处理2.装柱装柱3.交换交换4.洗脱洗脱5.树脂再生树脂再生离离子子交交换换树树脂脂玻璃纤维玻璃纤维交换柱交换柱399.3.4 离子交换分离法的应用离子交换分离法的应用1. 水的净化水的净化:阳离子柱阳离子柱阴离子柱阴离子柱混合柱混合柱2. 离子的分离与富集离子的分离与富集: Al3+、Fe3+与与SO42-分离分离; Cr(VI)与与Cr3+分离分离; Al3+与与Fe3+分离：分离：FeCl4-用阴离子交换树脂除去用阴离子交换树脂除去; Co2+Ni2+HCl9molL-1CoCl42-Ni2+阴离子交换树脂阴离子交换树脂

26、40用强碱性阴离子交换树脂分离用强碱性阴离子交换树脂分离 Ni,Mn,Co,Cu,Fe,Zn (HCl 浓度浓度molL-1)020406080100洗脱剂体积，洗脱剂体积，mLNi2+Mn2+Co2+Cu2+Fe3+Zn2+12642.50.50.005洗脱曲线洗脱曲线413. 氨基酸的分离氨基酸的分离( 阳离子交换树脂阳离子交换树脂) 用用pH递增的柠檬酸盐缓冲溶液洗脱侧链递增的柠檬酸盐缓冲溶液洗脱侧链pKa增大的氨基酸增大的氨基酸4. 蛋白质、酶、核酸等生物活性物质的蛋白质、酶、核酸等生物活性物质的 分离、纯化和富集分离、纯化和富集.42 例例: 测定含测定含Fe3+溶液中溶液中H3BO

27、3的浓度的浓度 1.将溶液通过强酸型阳离子交换树脂除去将溶液通过强酸型阳离子交换树脂除去Fe3+;2.预中和溶液中的游离酸预中和溶液中的游离酸(MR), 加入多元醇加入多元醇, 用用NaOH 标准溶液滴标准溶液滴定定(PP).例例: 用离子交换法测定用离子交换法测定NaAc的含量的含量 NaAc H-阳离子树脂阳离子树脂(NaOH滴定滴定, PP)HAcCl-阴离子树脂阴离子树脂NaCl (AgNO3滴定滴定,K2CrO4)NaOHOH-阴离子树脂阴离子树脂(HCl滴定滴定, MR,PP)43叶绿素叶绿素 叶绿素叶绿素叶黄素叶黄素 ， 叶黄素叶黄素 茨维特色谱图茨维特色谱图 （1906）叶绿素

28、的石油醚溶液流经叶绿素的石油醚溶液流经装有装有CaCO3的柱子，然后的柱子，然后用石油醚淋洗用石油醚淋洗. .CaCO3对叶绿素各成分吸对叶绿素各成分吸附能力不同，而分离成为附能力不同，而分离成为色带色带. .9.4 色谱法色谱法44色谱法分类色谱法分类 按分离机理按分离机理 吸附色谱法吸附色谱法(物质在固体表面吸附能力不同物质在固体表面吸附能力不同) 排阻色谱法排阻色谱法(分子大小不同分子大小不同) 分配色谱法分配色谱法(在气在气-液或液液或液-液两相液两相KD不同不同) 离子交换色谱法离子交换色谱法(离子交换能力不同离子交换能力不同) 按分离方法按分离方法 液相色谱法液相色谱法(流动相是液

29、体流动相是液体) 柱色谱法柱色谱法(CC), 薄层色谱法薄层色谱法(TLC), 纸色谱纸色谱法法(PC), 高效液相色谱法高效液相色谱法(HPLC),离子色谱法离子色谱法(IC)等等 - 气相色谱法气相色谱法(流动相是气体流动相是气体) GC 填充柱色谱填充柱色谱(GSC), 毛细管柱色谱毛细管柱色谱(GLC)459.4.1 柱色谱法柱色谱法 (Column Chromatograph)机理机理: 吸附色谱吸附色谱吸附剂吸附剂: Al2O3, SiO2(硅胶硅胶), 聚酰胺等聚酰胺等吸附剂和洗脱剂的选择吸附剂和洗脱剂的选择:物质极性物质极性 吸附活性吸附活性 洗脱剂极性洗脱剂极性 强强 小小

30、强强 弱弱 大大 弱弱装柱装柱加入样品加入样品层析后层析后常用洗脱剂极性次序常用洗脱剂极性次序:石油醚石油醚环己烷环己烷CCl4甲苯甲苯CH2Cl2CHCl3乙醚乙醚醋酸乙酯醋酸乙酯正丙醇正丙醇乙醇乙醇甲醇甲醇 0.02，A、B可分离可分离.12f1f2fxRyxRyxRy 比移值比移值溶剂前沿溶剂前沿起始线起始线（原点）（原点）展开剂展开剂yx2x1层析缸层析缸层层析析纸纸与标样比较可定性鉴定与标样比较可定性鉴定48定性检出氨基蒽醌试样中的各种异构体定性检出氨基蒽醌试样中的各种异构体样品：样品： 氨基蒽醌氨基蒽醌固定相：固定相： - -溴代萘附溴代萘附着于滤纸纤着于滤纸纤维素上维素上. .展开剂：展开剂：吡啶吡啶: :水水（1:11:1）1,7- -氨基蒽醌氨基蒽醌1, 6-氨基蒽醌氨基蒽醌1, 8- -氨基蒽醌氨基蒽醌1-1-氨基蒽醌氨基蒽醌硝基蒽醌硝基蒽醌溶剂前沿溶剂前沿原点原点49例：例：氨基酸混合液点在氨基酸混合液点在1515cm滤纸边滤纸边2cm处，风干，处，风干，展开剂用展开剂用CH3OH-H2O-吡啶（吡啶（20:5:1），当溶剂移动至，当溶剂移