萃取的操作方法

1、萃取的操作方法萃取操作方法在分析中使用较广泛的萃取方法为间歇法(亦称单效萃取法)。这种方法是取一 定体积的被萃取溶液，加入适当的萃取剂，调节至应控制的酸度。然后移入分液漏斗中，加 入一定体积的溶剂，充分振荡至达到平衡为止。静置待两相分层后，轻轻转动分液漏斗的活 塞、使水溶液层或有机溶剂层流人另一容器中，使两相彼此分离。假如被萃取物质的分配比 足够大时，则一次萃取即可达到定量分离的要求。假如被萃取物质的分配比不够大，经第一 次分离之后，再加入新鲜溶剂，重复操作，进行二次或三次萃取。但萃取次数太多、不仅操 作费时，而且轻易带人杂质或损失萃取的组分。 11-4离子交换分离法利用离子交换剂和溶液中的离

2、子发生交换作用而使离子分离的方法，称为离子交换分离法。 20世纪初期，工业上就开始用天然的无机离子交换剂泡沸石来软化硬水。但这类无机离子 交换剂的交换能力低，化学稳定性和机械强度差，使用受到很大限制。近年来合成了有机离子交换剂一一离子交换树脂，基本上克服了无机离子交换剂的缺点因此 离子交换分离法在生产和科研各方面得到了广泛的使用。一、离子交换树脂的结构和性质结构离子交换树脂是具有网状结构的复杂的有机高分子聚合物。网状结构的骨架部分一段很稳 定，不溶于酸、碱和一般溶剂。在网状结构的骨架上有许多可被交换的活性基团。根据活性 基团的不同、离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类。阳离子

3、交换树脂阳离子交换树脂具有酸性基团，如使用最广泛的强酸性磺酸型聚苯乙烯树脂，它是以苯乙烯 和二乙烯苯聚合，经浓硫酸磺化而制得的聚合物。这种树脂的化学性质很稳定，具有耐强酸、强碱、氧化剂和还原剂的性质，因此使用非常广 泛。各种阳离子交换树脂含有不同的活性基因、常见的有磺酸基(-SO3H)、羧基(-COOH)和酚基 (-OH)等。根据活性基团离解出H能力的大小不同，阳离子交换树脂分为强酸性和弱酸性两 种。例如含-SO3的为强酸性阳离子交换树脂，常用R-SO3H表示(R表示树脂的骨架)，合 -COOH和-OH的弱酸性阳离子交换树脂，分别用R-COOH和R-OH表示。强酸性阳离子交换树脂使用较广泛，弱

4、酸性阳离子交换树脂的H不易电离，所以在酸性溶 液中不能使用，但它的选择性较高而且易于洗脱。阴离子交换树脂阴离子交换树脂和阳离子交换树脂具有同样的有机骨架，只是所联的活性基团为碱性基团。 如含季胺-N(CH3)3的树脂的H不易电离，称为强磁性阴离子交换树脂，含伯胺基(-NH2)、 仲胺基(-NHCH3)和叔胺基(-N(CH3)2)的树脂为弱碱性阴离子交换树脂。这些树脂水化后分 别形成 R-NH3OH、R-NH2CH3OH、R-NH(CH3)2OH 和 R-N(CH3)3OH 等氢氧型阴离子交换 树脂，所联的OH-可被阴离子交换和洗脱。阴离子交换树脂的化学稳定性及耐热性能都不如阳离子交换树脂稳定。

5、(二)性质交联度离子交换树脂的骨架是由各种有机原料聚合而成的网状结构，例如强酸性阳离子 交换树脂的合成过程，是先由苯乙烯聚合而成为长的链状分子，再由二乙烯苯把各链状分子 联成立体型的网状体。这里二乙烯苯称为交联剂，树脂中所合交联剂的百分率称为重量交联 度。如二乙烯苯在原料总量中占10。则称该树脂的交联度为10%。树脂的交联度越大，则网眼越小，交换时体积大的离子进入树脂便受到限制。但提高了交换 的选择性：另外，交联度大时，形成的树脂结构紧密，机械强度高。但是假如交联度过大则 对水的膨胀性能差(一般要求1克干树脂在水中能膨胀至1.5-2cm3为宜)，交换反应的速度慢， 因此要求树脂的交联度一般为4

6、-14%。交换容量离子交换树脂交换能力的大小，可用交换容量表示。理论上的交换容量是指每克 干树脂所含活性基团的物质的量，而实际交换容量是指在实验条件下，每克干树脂能交换离 子的物质的量。显然交换容量的大小取决于网状结构内所含活性基团的数目，交换容量可通 过实验测得。例如强酸性阳离子交换树脂交换容量的测定手续如下。称取于树脂1克，置于250mL锥形瓶中、准确加入0.1mol/LNaOH标准溶液100mL,振荡后 放置过夜，用移浓管吸取上层清液25mL，加酚欧指示剂1滴，用0.1mol/L标准HCl溶被滴 定至红色消失，设用去标准HCl溶液14mL，树脂的交换容量可以计算为5.6mmol/g。二、

7、离子交换亲和力离子交换反应和其他化学反应一样，完全服从质量作用定律。树脂对离子亲合力的大小，和离子的水合离子半径大小和带电荷的多少有关。经实验证实， 在低浓度、常温下，离子交换树脂对不同离子的亲合力顺序有下列规律。强酸性阳离子交换树脂不同价态的离子，电荷越高亲合力越大Th4 A13 Ca2 Na相同价态离子的亲合力顺序.Ag Cs Rb K NH4 Na H LiBa2 Pb2 Sr2 Ca2 Ni2 Cd2 Cu2 Co2 Zn2 Mg2 UO22La3 Ce3 Pr3 Eu3 Y3 Se3 A13（二）弱酸性阳离子交换树脂和强酸性阳离子交换树脂相同，只是对于H亲合力大于其他阳离子。（三）强

8、碱性阴离子交换树脂Cr2O72- SO42-I-NO3- CrO42- Br-CN-C1-OH-F-Ac-（四）弱碱性阴离子交换树脂OH-SO42-CrO42-NO3-AsO43-PO43-Ac-I-Br-C1-F-三、离子交换色谱法以强酸性阳离子交换树脂分离K和Na为例。当混合溶液从柱上方加入时，水相中的K和 Na就和树脂活性集团中的H发生交换，从而进入树脂相。交换过程可表示为：R-H K =R-K HR-H Na =R-Na H如再向交换柱上方加入稀盐酸溶液，此时树脂相中的K和Na又将和溶液中的H发生交换， 重新进入溶液。这一过程称为洗脱。洗脱过程可表示为：R-K H =R-H KR-Na

9、 H =R-H Na四、离子交换分离的操作方法在分析工作中，为了分离或富集某种离子。一般采用动态交换。这种交换方法在交换柱中进 行，其操作过程如下。（一）树脂的选择和处理在化学分析中使用最多的为强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂。生产上出厂的 交换树脂颗粒大小往往不够均匀，故使用时应当先过筛以除去太大和太小的颗拉，也可以用 水泡胀后用筛在水中选取大小一定的颗粒备用。一般商品树脂韧含有一定量的杂质，所以在使用前必须进行净化处理。对强碱性和强酸性阴 阳离子交换树脂，通常用4mol/LHCl溶液浸泡1-2天，以溶解各种杂质，然后用蒸馏水洗涤 至中性。这样就得到在活性基团上含有可被交换的H或C

10、l-的氢型阳离子交换树脂或氯型阴 离子交换树脂。假如需要钠型阳离子交换树脂，则用NaCl处理氢型阳离子交换树脂。（二）装柱进行离子交换通常在离子交换柱中进行。离子交换柱一般用玻璃制成，装置交换柱时，先在 交换柱的下端铺上一层玻璃丝，灌入少量水，然后倾入带水的树脂，树脂就下沉而形成交换 层。装柱时应防止树脂层中存留气泡，以免交换时试液和树脂无法充分接触。树脂高度一般 约为柱高的90。为防止加试液时树脂被冲起，在柱的上端亦应铺一层玻璃纤维。交换枝装 好后，再用蒸馏水洗涤，关上活塞，以备使用。应当注重不能使树脂露出水面，因为树脂露 于空气中，当加入溶液时，树脂间隙中会产生气抱，而使交换不完全。交换柱

11、也可以用滴定管代替。（三）交换将试液加到交换柱上，用活塞控制一定的流速进行交换。经过一段时间之后，上层树脂全部 被交换、下层未被交换，中间则部分被交换，这一段称为“交界层”。随着交换的进行，交 界层逐渐下移，至流出液中开始出现交换离子时，称为始漏，颅亦称泄漏点或突破点），此时 交换柱上被交换离子的物质的量数称为始漏量。在到达始漏点时，交界层的下端刚到达交换 柱的底部，而交换层中尚有未被交换的树脂存在，所以始漏量总是小于总交换量。（四）洗脱当交换完毕之后，一般用蒸馏水洗去残存溶液，然后用适当的洗脱液进行洗脱。在洗脱过程 中、上层被交换的离子先被洗脱下来，经过下层未被交换的树脂时，又可以再度被交换

12、。因 此最初洗脱液中被交换离子的浓度等于零，随着洗脱的进行，洗出液离子浓度逐渐增大，达 到最大值之后又逐渐减小，至完全洗脱之后，被洗出之离子浓度又等于零。对于阳离子交换树脂常采用HCl溶液作为洗脱液，经过洗脱之后树脂转为氢型；阴离子交 换树脂常采用NaCl或NaOH溶液作为洗脱液，经过洗脱之后，树脂转为氯型或氢氧型。因 此洗脱之后的树脂已得到再生，用蒸馏水洗涤干净即可再次使用。四、离子交换法的使用（一）纯水的制备天然水中常含一些无机盐类，为了除去这些无机盐类以便将水净化，可将水通过氢型强酸性阳离子交换树脂，除去各种阳离子。如以CaCl2代表水中的杂质，则交换反应为：2R-SO3H Ca2 =(

13、R-SO3)2Ca 2H再通过氢氧型强碱性阴离子交换树脂，除去各种阴离子。RN(CH3)3OH C1-=RN(CH3)3Cl OH-交换下来的H和OH-结合成H2O,这样就可以得到相当纯净的所谓“去离子水”，可以代 替蒸馏水使用。干扰离子的分离阴阳离子的分离在分析测定过程中，其他离子的存在常有干扰。对不同电荷的离子，用离 子交换分离的方法排除干扰最为方便。例如用BaSO4重量沉淀法测定黄铁矿中硫的含量时， 由于大量Fe3、Ca2的存在，造成BaSO4沉淀的不纯，因此可先将试液通过氢型强酸性阳 离子交换树脂除去干扰离子，然后再将流出液中的SO42-沉淀为BaSO4进行硫的测定，这 样便可以大大提

14、高测定的准确度。同性电荷离子的分离假如要使几种阳离子或几种阳离子分离开，可以根据各种离子对树脂 的亲和力不同，将它们彼此分离。例如欲分离Li、Na、K三种离子，将试液通过阳离子 树脂交换柱，则三种离子均被交换在树脂上，然后用稀HCl洗脱，交换能力最小的Li先流 出柱外，其次是Na而交换能力最大的K最后流出来。微量组分的富集以测定矿石中的伯、钯为例来说明。由于伯、钯在矿石中的含量一般为10-5-10-6%，即使 称取10克试样进行分析，也只含伯、钯0.1微克左右。因此，必须经过富集之后才能进行 测定。富集的方法是：称取10-20克试样，在700r灼烧之后用王水溶解，加浓HCl蒸发， 伯、钯形成P

15、tCl62-和PdCl42-络阴离子。稀释之后，通过强碱性阴离子交换，即可将伯富集 在交换柱上。用稀HCl将树脂洗净之，取出树脂移入瓷钳锅中，在700C灰化，用王水溶解 残渣，加盐酸蒸发。然后在8mol/LHCl介质中，钯(11)和双十二烷基二硫代乙二酰胺(DDO) 生成黄色络合物，用石油醚-三氯甲烷混合溶剂萃取，用比色法测定钯。伯(IV)用二氯化锡 还原为伯(II)，和DDO生成樱红色螯合物可进行比色法测定。 11-5液相色谱分离法一、色谱分离法简述液相色谱分离法又称层析分离法，这种方法是由一种流动相带着试祥经过固定抵物质在两相 之间进行反复的分配，由于物质在两相之间的分配系数不同，移动速度

16、也不一样从而达到互 相分离的目的。液相色谱分离法有多种类型，按其操作的形式不同，可分为柱色谱法、纸上色谱法和薄层色谱法等。二、柱色谱色谱柱通常为玻璃柱或塑料柱，其中填充硅胶或氧化铝等吸附剂作为固定相。将试液加到色谱柱上后，待分离组分将被吸附在柱的上端，再用一种洗脱剂从柱上方进行洗 脱。洗脱剂又称展开剂，通常为有机溶剂，在柱色谱中作流动相。在色谱分离中，溶质组分既能进入固定相又能进入流动相。假如流动相的流速足够慢，组分 将在两相中达到分配平衡，其分配系数用KD表示。KD=cs/cm式中cs、cm分别表示组分在固定相和流动相中的浓度，在一定条件下，KD是常数。吸附色谱对吸附剂的基本要求是：（1）具

17、有较大的表面积和足够的吸附能力。（2）在所用的溶剂和洗脱剂中不溶解；不和试样各组分、溶剂和洗脱剂发生化学反应。（3）颗粒较均匀，有一定的细度，在使用过程中不易破碎。（4）具有较为可逆的吸附性，既能吸附试样组分，又易于解吸。目前最常用的吸附剂是硅胶和氧化铝，其次是聚酰胺、硅酸镁等。对洗脱剂的基本要求是：（1）对试样组分的溶解度要足够大。（2）不和试样组分和吸附剂发生化学反应。（3）粘度小，易流动。（4）有足够的纯度。三、纸色谱 纸色谱法是以层析滤纸为载体的液相色谱法。滤纸中的纤维素通常吸收20-25的水分，其中 约6的水分子通过氢键和纤维素上的羟基结合，在分离过程中不随有机溶剂流动，形成纸色 谱中的固定相；而有机溶剂为流动相，又称展开剂。对滤纸的一般要求是:质地和厚薄必须均匀，边缘整洁，平整无折痕，无污渍。纸纤维疏松度适当。过于疏松易使斑点扩散，过于紧密则流速坟慢。有一定的强度，不易断裂。纯度高，不含填充剂，灰分在0.01以下。否则金属离子杂质会和某些组分结合，影响 分离效果。四、薄层色