第二章农药的分离与纯化方法

第二章农药的分离与纯化方法演示文稿当前1页，总共54页。优选第二章农药的分离与纯化方法当前2页，总共54页。农药分析——分离、提纯的方法和原理

农药分离的主要类别原药分析：各种农药异构体及有效成分含量。残留分析：土、水、动植物体中农药残留量分析。原药的一般组成原药（固体）：含填料，加工成粉剂，可湿粉剂颗粒时加入。加入目的：原药粉，不易粉碎；农药药效高,单位面积用量少，加入填料后易稀释。加入成分：药石、粘土、碳酸盐类。原药（液体）：含溶剂、助剂、乳化剂、非有效成分（合成副产物、降解成分等）。当前3页，总共54页。农药分析对象与特点原药分析对象：主要对有效成分分析。原药分析的特点：含量高，有固定的提纯与分析方法。残留分析对象：对人、畜、环境有害成分。残留分析特点：残留量少，组成复杂。要提取、富集，分离提纯。分离提纯与分析方法灵活多样。共同点：基本原理和方法一致。分离提纯（富集）——物理和化学方法；分析类别：定性分析、定量分析当前4页，总共54页。固体农药的纯化方法简介固体农药（有效成分）制标准样时用重结晶法提纯。提纯原理：在某一种溶剂中，固体农药的溶解度随温度变化有较大的变化。在较高温度时的饱和溶液趁热过滤除不溶性杂质。母液放冷，在较低温度时农药以晶体析出，过滤，可溶性杂质留在母液中而除去。（可反复重结晶直到提纯农药熔点不变为止）。当前5页，总共54页。重结晶的关键因素关键：选合适溶剂。重结晶溶剂具备条件：a.不与被提纯成分发生化学反应b.被提纯物与杂质要有显著溶解度差c.被提纯物在该溶剂中溶解度随温度变化变化大d.溶剂沸点适中（不高也不低）如没有合适的纯溶剂则用混合溶剂重结晶。当前6页，总共54页。混合溶剂的选择方法1、确定两种溶剂可以互相混溶，而且一种是被提纯农药的良好溶剂，一种是不良溶剂。如乙醇和水；苯和乙醇；丙酮和三氯甲烷等。2、取0.02g—0.03g样品溶解于一定量（1mL）的良好溶剂中（试管），然后在不断摇动下缓慢滴加不良溶剂，直到出现浑浊为止。3、记下不良溶剂的体积，计算得到混合溶剂的组成比例，通过重复试验进行适当调整。当前7页，总共54页。重结晶的一般操作步骤1、制成饱和热溶液（接近溶剂的沸点）2热过滤（除不溶杂质）。3、自然冷却结晶4、过滤晶体与洗涤。5、干燥6、标准品多次重结晶，直到m.p不变为止当前8页，总共54页。重结晶操作要点1、制成饱和热溶液视被提纯物质多少选用适当容积的烧瓶，将被提纯物质放入烧瓶，装好回流装置。在不超过溶剂沸点的热浴温度下缓慢滴加溶剂，并搅动，使溶质在接近容积沸点时刚好溶解，立刻停止滴加溶剂。记下溶剂的体积与溶质的质量。2（用保温漏斗）热过滤。或者将热的布氏漏斗和滤纸用热溶剂润湿后减压过滤。当前9页，总共54页。重结晶操作要点3、结晶：滤液自然冷却结晶（易挥发溶剂或者易于吸潮的溶剂应密闭结晶）。如果冷至室温不结晶，则可以放入晶种或用玻棒擦容器器壁；或放入冰箱进行结晶（注意冰箱温度应该在溶剂凝固点之上）。4、过滤与洗涤晶体：减压过滤、用低温、少量溶剂洗涤。注意：减压过滤应该在布氏漏斗完全没有液滴滴下为止。5、干燥a、低熔点固体、不吸潮物质，可以在空气中干燥。b、高熔点,热稳定的物质用烘箱中干燥c、热不稳定，或吸潮、空气中不稳定的物质，低于m.p20—30℃，真空干燥。当前10页，总共54页。干燥程度与纯度检验检验干燥程度一般用恒重法检验，即称重后再干燥一段时间，看重量是否发生变化。也可以用熔点法检验干燥程度。纯度检验一般用熔点法。一种是与标准样品同时测熔点进行比较；另一种是测一次熔点后再重结晶一次，再干燥测熔点，两次熔点不变化则物质已经提纯。纯度检验还可以用薄层法检验，液相色谱或者气相色谱更好。当前11页，总共54页。液体农药分离提纯方法

液体农药分离提纯一般首先考虑蒸馏法蒸馏法原理：依液体混合物中各组分沸点不同而分离。关键：控制温度缓慢上升，收集不同温度范的围馏份。蒸馏方法分类：常压蒸馏适用于b.p较低，在b.p时不分解的物质。减压蒸馏适用于b.p较高，或在b.p发生分解的物质。水蒸气蒸馏适用于不与水反应，b.p较高的物质。当前12页，总共54页。常压蒸馏注意事项

１.正确装置，不扭不歪，不漏２.温度计水银球位置３.加沸石４.容器中液体体积５.热源选择６.馏出速度v=2—３D/S当前13页，总共54页。液体的干燥溶剂含水，干燥剂脱水后再蒸馏（干燥剂不可进入蒸馏体系）（容量与速度）脱水剂（干燥剂）种类及性能：CaO中、碱性化合物可用，脱水力高。CaCl2

卤烃、烃、酯、醚可用（醇、酸不可用，发生反应）脱水力高。Na2SO4

多数溶剂可用，脱水能力不高。K2CO3

碱性化合物、醇、酯脱水力较高。P2O5

卤烃、烃（醇、酸不可用发生反应），脱水力高。NaOH饱和烃、肼、胺（酸性物质不可用）分子筛多数可用，脱水力高。当前14页，总共54页。减压蒸馏原理减压蒸馏的原理液体的沸点随液面压强降低而降低。减压蒸馏前要对沸点和压强进行估算，可以通过如下途径进行估算。1、查T-P关系图如右图，从左到右三根线分别为A、B、C。A线上标有减压的沸点数据，B线是正常压强沸点刻度，C线是压强刻度（mmHg).ABC沸点低沸点低压强小压强大当前15页，总共54页。用

近似公式估算2、用

近似公式

lgP=A+B/TP蒸汽压;T绝对温度;A、B为常数（可以通过化合物物理性质手册或者化工手册查阅）当前16页，总共54页。减压蒸馏装置仪器：克莱森烧瓶、真空尾接管（单口接头）带橡皮套的毛细管、容积=1/2V、不用平底接受器减压泵（水泵7-20mmHg）机械泵（油泵）0.1mmHg（要连接吸收装置）装置如右下图减压蒸馏装置图注意：负压与正压操作一样要带护目镜防爆！当前17页，总共54页。减压蒸馏操作步骤1、查蒸馏系统可否达应有真空度

开始：关安全瓶活塞，拧紧毛细管上橡皮套螺丝夹，开动抽气泵，看压力计指示数据是否达到要求。

停止：慢慢打开安全瓶活塞，直到压力与外界平衡为止,拧松毛细管上螺丝夹，关闭抽气泵。2、加液料、关活塞、开抽气、调毛细（气泡与线）、达到所需压力后（平衡、稳定）再

加热。3、热源温度高于b.p20-30℃，压力不稳则调热源，使馏出速度V=0.5—1D/S4、多组分蒸馏、馏出温度上升时转换接收器（使用多头接受器）。5、蒸馏完后先撤除热源、再慢慢开活塞

压力平衡后关气泵与打开毛细管夹。

可旋转多用接头当前18页，总共54页。旋转浓缩蒸馏法

用于提取液浓缩。压力400—600mmHg,蒸馏瓶50—160转/分。旋转使溶剂在瓶壁形成一层薄膜，扩大蒸馏面积，提高蒸馏速度。操作步骤：1、装好仪器2、调热浴温度高于b.p10℃以上3、冷却水接蛇形冷凝管（低于b.p20℃）4、接真空泵（不低于300mmHg）5、加热、开自动加液旋塞，液自动流入蒸馏瓶（可随时加料）。6、开动电机、使旋转。结束：关电机除热源关加液旋塞压力平衡后停止抽气。

当前19页，总共54页。水蒸汽蒸馏水蒸气蒸馏主要是用于那些沸点比较高，容易热分解，或者与其他有机物性成不容易分离的糊状物中的成分。水蒸气蒸馏原理：混合体系中总的蒸汽压等于各组分蒸汽分压之和。当被蒸馏体系接近100℃时，水的蒸汽压接近1atm，故被蒸馏的物质蒸汽可以和水蒸气合计等于1atm，从而在接近100℃的温度从混合物被蒸馏出来。被蒸馏物质必须满足的条件：不与水反应；在100℃时不低与5mmHg的蒸汽压当前20页，总共54页。水蒸气蒸馏操作水蒸气蒸馏操作与常压蒸馏操作类似，其装置比常压蒸馏装置多一个水蒸气发生器。水蒸气发生器T形管安全管当前21页，总共54页。三、柱层析柱层析技术是分离混合物的重要方法，简单实用。架设一个带活塞的玻璃柱，填入吸附剂，就可以用于分离混合物。柱色谱的几种技术指标直径与长度比：1：10~1：40短而粗的柱子，分离快，分离效果差长而细的柱子，分离慢，分离效果好色谱柱的分离效果还与吸附剂和洗脱剂的选择、柱子的装填质量有关。当前22页，总共54页。柱层析原理与分类简介原理：当混合物被束缚在色谱柱的固定相上后，流动相自上而下流经固定相，带动被分离组分向下移动。与固定相作用力大的组分在流动过程中留在了后面，与固定相作用力小的组分在流动过程中跑在了前面（略），混合物因而被分离。柱层析分类：吸附、分配、凝胶吸附色谱柱：吸附剂固体表面吸附各种成分。分配色谱柱：惰性载体表面涂高沸点液体，被分离物在淋洗剂与高沸点液体之间溶解分配。凝胶色谱柱：多凝胶填粒、淋洗，凝胶网眼大小筛分不同尺寸的分子当前23页，总共54页。吸附柱的装填要求吸附剂要装填均实，淋洗剂才会等速水平下降，分离效果才会好。干装：吸附剂通过漏斗直接装入盛有洗脱剂的色谱柱（边装边敲），最后应使吸附剂上有一薄层溶剂。为保持柱上有平整表面，最上层可加一些石英砂。湿装：先装洗脱剂于柱内，加用淋洗剂调成糊状的吸附剂，使慢慢沉降。最后应使吸附剂上有一薄层溶剂。亦应边加边敲。当前24页，总共54页。吸附剂的分类吸附剂种类：氧化铝、硅胶、弗罗里硅土、纤维素、氧化镁、碳酸钙、火性碳等为常用品种。吸附剂的要求：要对被吸附物有一定的作用，与被吸附物，淋洗剂无化学反应。吸附能力：与颗粒粗细有关，粗则流速快，分离效果差；粗则流速慢，分离效果好。氧化铝分为酸性、中性、碱性三种酸性——１％HCl浸泡，蒸馏水洗至pH4—４.５，用于分离酸性物质中性——pH为７.５左右，用于分离中性物质碱性——pH９—１０，用于分离碱性物质或烃类。当前25页，总共54页。吸附剂的活性吸附剂活性与含水量有关，含水量越低活性越高。如：氧化铝依含水量分为五级，含水量分别为０；３％；６％；１０％；１５％硅胶五级对应含水量为０；５％；１５％；２５％；３８％一般制备方法：３５０——４００℃烘至无水（３小时）加入相应水量得相应级别。吸附力与分子极性有关。极性越强吸附力越大。当前26页，总共54页。淋洗剂选择极性递增顺序：Cl-Br-I-<C=C<-OCH3<<—CO2R<C=O<--CHO<-SH<-NH2<-OH<-CO2H吸附力与淋洗剂性质有关。选淋洗剂时应考虑被洗脱物质的极性与溶解度。极性大的化合物用极性大的淋洗剂洗脱；极性小的化合物用小极性淋洗剂洗脱；几种极性差别大的混合物用几种不同极性的淋洗剂分批洗脱。亦可以用混合淋洗剂。当前27页，总共54页。淋洗剂洗脱能力淋洗剂洗脱能力依以下顺序递增：正己烷〈CCl4〈C6H5-CH3〈C6H6〈CH2Cl2〈CHCl3〈Et2O〈CH3CO2C2H5〈Me2CO〈C3H7OH〈MeOH〈H2O淋洗要点：连续不断，不快不慢，吸附剂不露出液面。淋洗速度V=1—２滴/S为宜。快则交换不平衡；慢则具有大表面的吸附剂使某些成分破坏。当前28页，总共54页。淋洗曲线淋洗曲线：分段收集标准品洗脱液进行含量分析，绘成的淋洗剂体积—样品含量曲线。目的—使要收集的组分尽可能收集完全，对于无色化合物应该用标准品进行实验。分段收集洗脱液进行含量分析，绘成曲线。依此确定淋洗过程应收集的洗脱液体积，同时还可以确定淋洗所需溶剂。含量％淋洗剂体积当前29页，总共54页。常见吸附剂的处理中性氧化铝：５５０℃活化４h，使用前130℃活化5h，可保一周，过期重新活化；８００℃时中性变碱性。氧化铝吸附色素最佳。硅胶：水玻璃加盐酸，沉淀脱水得无定形多孔物质。表面Si-OH称硅醇，与不饱和化合物或极性基形成氢键而吸附；Si-O-Si氧桥可水解，称溶解度，pH=９以上显著，故不可用强碱性淋洗液；硅胶层析性能与多孔骨架及坑穴体系密切相关，加热有变。活化温度不超过２００℃。130℃活化２h备用。用于有机氯农药分离。当前30页，总共54页。混合吸附剂柱用混合吸附剂装柱柱可以用于纯化多种杂质的样品。不同的农药样品的提纯用不同的混合柱。常见混合柱如下。活性碳—氧化镁，用于有机磷农药分离。活性碳－纤维素，由于有机磷，有机氯农药分离。弗罗里硅土—中性氧化铝—酸性硅藻土，用于植物食品中有机氦农药净化；活性碳—中性氧化铝，CHCl3淋洗由于提纯有机磷农药。当前31页，总共54页。分配柱与凝胶渗透柱层析法分配柱层析法：把有机氯农药从极性小的农药样品中分配到极性大的溶剂中去。主要分离含脂肪、蜡质试样的有机氯。凝胶渗透柱层析法：用凝胶sephadexLH-20作有机磷农药残留分离净化。被纯化物质的分子量范围：有机磷200-400；色素500-900。用118g葡聚糖LH-20装柱。乙醇或丙酮淋洗；淋洗速度V=4.5ml/h。多数有机磷（残留水平0.05—0.005ppm）淋洗体积在305—428ml；回收率可达66-98%。当前32页，总共54页。薄层色谱薄层色谱是比柱色谱更加应用广泛的分离分析手段。薄层色谱用于分离提纯具有简单快速的特点。但是其分离容量不及柱色谱大，分离效果也不及柱色谱好。薄层分类：吸附与分配色谱，分配色谱又分正相色谱与反相色谱。正相：含水吸附剂（固定相），弱极性流动相，极性小的移动快。反相：钝化吸附剂（固定相），强极性流动相，极性强的移动快。当前33页，总共54页。薄层吸附色吸附色谱固定相：硅胶、氧化铝活化；加石膏为G型，不加为H型，加荧光剂为GF或HF正相分配色谱固定相：纤维素或用缓冲水溶液处理过的硅胶、或用极性有机溶剂处理过的硅胶。反相分配色谱固定相：用硅酮、石蜡等非极性溶剂处理过的硅胶或纤维素。薄层涂层：薄层自然晾干后进行活化。活化温度与时间：硅胶板105-120℃，1h；氧化铝板：70℃，40min。当前34页，总共54页。吸附剂选择吸附剂用途吸附剂用途硅胶吸附，分配氧化铝吸附，分配硅藻土分配纤维素分配氢氧化钙吸附聚酰胺吸附离子交换树脂离子交换氧化镁吸附，分配吸附剂粒度的要求：5-50μm。粒度太大推进快，影响分离；粒度太小则展开慢，出现拖尾或横向扩散过度。当前35页，总共54页。制备薄层板的参数薄层板规格：20×20cm，20×15cm，10×20cm，10×15cm，7.5×20cm，7.5×15cm，5×20cm，5×15cm。制板：皂液洗净，烘干备用。浆液与活化硅胶G:水=1:2（W∶W），110-130℃，1h氧化铝G:水=1:1—1:3（W∶W），80-100℃，30min硅藻土G:水=1:2（W∶W），110℃，30min纤维素粉:95%乙醇（丙酮）=1:5—1:6（W∶W），100℃，3-5min聚酰胺:甲醇=1:4—1:6（W∶W），60-70℃，1h。当前36页，总共54页。薄层板的制备制浆：按照比例将吸附剂和相应的液体加入烧杯，搅拌均匀。铺板：一般将均匀浆液适量倒在薄板上，两手指夹薄板两侧，旋转倾斜，让浆液在薄板上流均匀，也可以适度敲击震荡，使浆液流平。或者将两板贴紧，插入浆液中，在提起，让多余浆液流下，一次可以制备两块板。还有用涂布器铺板的。薄板铺好后置平台自然晾干，活化备用。当前37页，总共54页。展开剂选择展开剂选择标准，与淋洗剂标准一致。官能团极性如下：H—＜—Cl＜—C2H5＜—CH=CH2＜—OCH3＜—NO2＜—NMe2＜—COCH3＜—CO2R＜＞C=O＜—CHO＜—SH＜—NH2＜—NHCOR＜—OH＜—CONH2＜—CO2H一般单一展开剂没有很好的适合的极性，多用相容的展开剂混合，以调节展开剂极性。当前38页，总共54页。被分离物质、淋洗（展开剂）及固定相的极性选择关系用右下图指导选择展开体系。圆弧内三角形可以绕圆心转动，其三个角顶点分别指向三类物质的极性区限。如果没有适当的流动相，可以采用混合溶剂调节极性。弧线A代表吸附剂的活性，顺箭头方向增大。弧线B代表展开剂的极性，顺箭头方向增大。弧线C代表被分离物质极性，顺箭头方向增大。三角形的三个角所指位置就是三者的关系当前39页，总共54页。一般薄层色谱实验操作实验操作环节：点样—展开—显色—计算Rf值点样：在距薄板下沿1cm处的水平线上毛细管的液滴与薄层表面相切，切忌玻璃管戳破薄层，可以重复点样。展开：薄层板下沿水平插入层析缸，展开剂一定不能淹没样点，层析缸内要充满展开剂蒸汽，层析缸要盖盖子，展开剂呈水平线上升，接近薄层上沿时为止。显色：大多数被展开物质没有颜色，要进行物理或者化学方法显色。薄层从层析缸取出，在展开剂前沿作一记号，待展开剂挥发干后显色。物理方法：紫外灯照射；碘蒸汽熏蒸等。化学方法：可以产生有色物质的反应。当前40页，总共54页。几种点样方法直接点点样：离下沿处，毛细管分次点样d≤0.3cm（凸出液滴与薄层表面相切）。间接点样：打孔器打滤纸片2-3mm直径。试液点满滤纸片，晾干；打孔器打薄层2-3mm直径的孔，滤纸片嵌入。制备薄层可以将试样液用打孔器打下的吸附剂吸收，干后填入孔中；也可以在薄层上挖一条沟槽，试样液用吸附剂吸收，干后填入沟槽（展开后是平行带状）薄板置于密闭的层析缸中展开分离。要确保薄板平行放置，样点在展开剂液面之上。当前41页，总共54页。等温吸附线与分离效果的关系在恒温下以展开相浓度为横坐标，吸附相浓度为纵坐标作图，得到等温吸附曲线。曲线中，A物质斜率大，说明被吸附作用强，展开速度就慢，Rf值就小。Ⅰ是理想状况，显色后是标准圆斑；Ⅱ和Ⅲ出现“拖尾”现象，分离效果也不好。、ⅠⅡⅢ当前42页，总共54页。有机磷农药的极性农药分子的极性是影响分离效果的重要因素。硫酮型农药小于硫醇型农药的极性二硫代型小于磷酸酯、磷酰胺型共轭双键增多则增强分子极性；甲基同系物大于乙基同系物极性当前43页，总共54页。影响Rf的因素薄层厚度吸附剂种类、活度、展开剂极性、展层的饱和度展开方法：一般不加黏合剂，薄板水平展开。单向上行一次展开，倾角70-80°Rf值接近的物质要多次单向展开。每次可用同一展开剂，也可不同的展开剂。双向展开法：用正方形薄板，展开剂一次走到上沿后取出风干，旋转90°后再展开边缘效应：溶剂前沿线一般朝下弯造成Rf不准，且使色斑大小及形状不规则显色是配合薄层进行鉴别。当前44页，总共54页。扫集共蒸馏法分离原理：将试样用注射器注入事先填入的无吸附性的填充剂（玻璃棉、玻璃珠、海砂等）的净化柱内，在规定温度下，农药和溶剂蒸汽随氮气流进冷凝管，冷凝后进入接收器。脂肪、色素不能汽化的杂质沉积在柱内填充剂上，使杂质得以分离。本法可用于有机磷、有机氮农药的分离提纯。构成部件：柱温箱、温度控制器、载气流量控制器、自动淋洗装置、净化柱、冷凝管、冷阱、收集器。当前45页，总共54页。低温冷冻分离法食品中农药残留的分析，取样后残留农药与大量的脂肪、蜡质混合在一起，给分离造成困难。由于动植物组织中的脂肪、蜡质可以在低温下于丙酮溶液中生成沉淀，将样品用丙酮反复萃取，萃取液经过冷冻，过滤而分离掉脂肪、蜡质沉淀，而农药留在丙酮中。冷冻温度一般在-70℃当前46页，总共54页。液相萃取法萃取原理：一组互不相溶的溶剂中溶有某一成分溶质。这种溶质以一定比例（浓度比）在两相中分配。两相中分配比称分配系数。利用同组溶剂中各物质分配系数不同或同种物质在不同溶剂组中分配系数不同而分开。（选择合适溶剂，反复分配）等容一次分配：一组等容互不相溶的溶剂中加入某一溶质，平衡后弱极性溶剂中农药比值是P；强极性溶剂中比值是Q;显然P+Q=1，两相浓度比为P/Q。当前47页，总共54页。等容多次分配与不等容分配取几份等体积强极性溶剂在1份弱极性溶剂中萃取几次后，弱极性溶剂中溶质含量是Pn,强极性溶剂中溶剂含量是1-Pn

。不等容一次分配：设弱极性溶剂体积是强极性体积的α倍。依定义，一次分配后弱极性溶剂中含量是αP，强极性溶剂中含量为Q；弱极性溶剂中所含农药占农药总量比例为：αP/（Q+αP）。用此比例式可以计算两相的农药含量。设P=0.7Q=0.3因两相浓度比不变。设0.7的相用2倍体积，则有0.7的液相中含有2×0.7/（0.3+2×0.7）=1.4/1.7当前48页，总共54页。乙腈提取样品中的残留农药果蔬，特别是新鲜果蔬样品，含有大量水分，极性小的有机溶剂不能萃取其中的微量残留农药。首先用与水互溶的乙腈萃取，萃取液再用极性小的有机溶剂（不溶于水）萃取乙腈中的农药。萃取液中加入浓的Na2SO4溶液以降低农药在其中溶解度；用CH2Cl2加入正己烷增加农药在有机相溶解度，加入中等酸度缓冲液防农药水解。当前49页，总共54页。分离操作取100—125ml提取液，于500mL容量瓶中，加10mlCH2Cl2，20mLpH=6的磷酸