现代分离方法与技术复习要点终.docx
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1绪论1:什么是分离?利用混合物中各组分在物理性质、化学性质或生物学性质上的差异,通过适当的装置或方法,使各组分分配至不同的空间区域或在不同的时间依次分配到同一空间区域的过程。
2:分离的主要目的?浓缩:、富集、纯化、掩蔽与除杂3:对分离方法的一般要求?①分离度大、回收率、富集倍数高、重现性好②设备廉价、操作简单、分离速度快③所需能量或分离剂少④对分离组分的玷污和损失小4:絮凝:使用絮凝剂,在悬浮粒子之间产生架桥的作用而使胶粒形成粗大的絮凝体的过程。
5:凝聚:在特定的电解质作用下,破坏悬浮固形颗粒、菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态,使胶体粒子聚集的过程。
6:固液分离的方法:(沉降、离心和过滤)3多组分精憾1:什么是蒸馅利用液体混合物中各组分挥发度的差异及回流的工程手段来实现分离液体混合物的单元操作2:易挥发组分(沸点低挥发性大饱和蒸汽压高轻组分)难挥发组分(沸点高挥发性小饱和蒸汽压低重组分)3:什么是饱和蒸汽压一定的温度下,与同种物质的液态(或固态)处于平衡状态的蒸汽所产生的压强叫饱和蒸汽压4:部分气化部分冷凝才能被分离5:什么是挥发度达到气液平衡时,某一组分在蒸气中的分压和与之平衡的液相中的摩尔分数之比6:相对挥发度大于1,能分离;等于1不能。
7:蒸馅(操作方法)的方式有哪些?简单蒸憾、平衡蒸憾、精馆、特殊精徭(水蒸气精憾衡沸精徭萃取精徭)4膜分离技术1:膜的定义?如果在一个流体相内或两个流体相之间有一薄层凝聚相物质把流体相分隔开来成为两部分,那么这一薄层物质就是膜。
2:膜必须具备的两个特性?膜不管薄到什么程度,至少必须具有两个界面。
膜正是通过这两个界膜应具有选择透过性。
膜可以是完全透过性的,也可以是半透过性的。
3:浓差极化?溶质A在膜表面的浓度XAi高于在料液中的浓度,这种现象称为浓差极化。
4:由压力差引起的膜分离(微滤超滤反渗透气体分离)5:什么是电渗析?以直流电为推动力,利用阴、阳离了交换膜对水溶液中的阴、阳离了的选择透过性,使一个水体中的离子通过膜转移到另一个水体中的物质分离过程。
《现代分离方法与技术》现代分离方法与技术是指在化学、物理、生物等领域中用于分离、纯化和富集目标物质的方法和技术。
随着科学技术的不断发展,现代分离方法与技术也在不断完善和创新,为各个领域的研究和应用提供了更多的选择和优化方案。
一、传统分离方法1.蒸馏法:是利用物质在不同温度下的沸点差异,通过升华、再凝结的方式达到分离纯化的目的。
常见的如常压蒸馏和高压蒸馏等。
2.结晶法:通过溶解物质在溶剂中的溶解度随温度变化的规律,将溶质从溶液中逐渐结晶出来,达到分离的目的。
3.萃取法:是利用溶剂对物质的选择性溶解性差异,将目标物质从混合物中抽提出来的一种方法。
4.离心法:是利用旋转离心机的高速旋转,利用离心力将混合物中的组分分离开来。
5.过滤法:利用过滤膜或过滤纸等过滤媒介,通过物理隔离的方法将固体颗粒从液体中分离出来。
二、现代分离方法与技术1.色谱法:是一种利用物质在固定相与流动相之间的差异相互作用,使不同组分分离的方法。
常见的有气相色谱法、液相色谱法、超临界流体色谱法等。
2.电泳法:是利用电场对带电粒子或分子的运动进行分离的方法,常见的有凝胶电泳、毛细管电泳、等电聚焦等。
3.膜分离法:是利用膜的多孔性或选择渗透性,将混合物中的组分通过膜的分离作用实现纯化和富集的方法。
常见的有微滤、超滤、纳滤、渗透、气体分离等。
4.不溶溶液分离法:基于溶质与溶剂之间的相容性产生的相互不溶而分离目标物质,例如冷沉淀法、沉淀法等。
5.扩散操作技术:利用渗透扩散,通过膜的渗透性,使得溶液中的分子在不同组分之间发生传递、富集和分离。
例如蒸发扩散、结晶扩散、渗透扩散等。
6.静态和动态分离技术:利用吸附剂对目标物质进行吸附,然后进行再生和分离的方法。
静态方法包括吸附剂固定在固定床上,动态方法则是通过流体对吸附剂进行冲洗和脱附。
7.色谱质谱联用技术:将色谱和质谱相结合,既可以获得分离和纯化的结果,又可以进行成分的鉴定和结构的分析。
以上只是现代分离方法与技术中的一部分,随着科学技术的不断更新和发展,还有更多的方法和技术会被引入和应用到分离领域。
现代分离小结 一、绪论部分 -- 分离的一些基本概念1、富集:目标成分浓度在特定空间区域增加。
用于mol 分数<0.1的组分分离。
2、浓缩:部分去除溶剂,所有成分浓度增加。
目标成分(摩尔分数)0.1~0.9。
3、纯化:目标产物中去除杂质,使纯度提高。
目标成分(摩尔分数)>0.9。
4、纯度:纯化产物中主组分含量高低或含杂质多少。
5、回收率:分离过程中损失量的多少。
=实际回收量/理论回收量。
6、分离因子:两组分被分离的程度。
A 目标成分,B 共存组分,则A 对B 分离因子为7、富集倍数:通过分离将目标组分在样品中的摩尔分数提高的一个过程,基体组 分摩尔分数降低。
二、 热力学1、过程自发进行的方向判断:自由能变化 ,自发过程总是使体系自由能降低。
2、化学势 :体系中i 物质的化学势指,等温等压下,其他组分不变时,引入1摩尔组分i 引起体系吉布斯自由能的变化,单位J/mol 。
化学势作用:物质迁移的动力和方向。
3、浓差扩散的原因:由浓度差引起的分子扩散。
浓度高,化学势高,物质是从化学势高的地方转移到化学势低的地方。
4、混合熵:将i 种纯组分混合,如各组分间无相互作用,混合前后的熵变称为混合熵变。
分离熵则是混合的逆过程的熵变。
例题:已知空气的大致组成(摩尔分数)为N20.78,O20.21,Ar0.01,求其摩尔混合熵和分离熵。
5、相律:F =C -P +2=1-P +2=3-P三、动力学怎么评价区带扩展1、塔板高度的概念和意义:塔板高度-区带扩展指标。
本质当2DT/Y 大时,扩展相对于分离进行的距离X 过大。
当2DT/Y 小时,区带比较窄。
因此,系数2DT/Y 可用作表示分离途径中σ2增长速率的指标,它也是决定分离能力的大小的一个重要指标。
2、塔板数:N 是迁移距离X 内所经历的H 单位(塔板)数目,是无因次量。
分离的整体好坏明显随着X/σN 是衡量分离能力的指标。
3、分辨率(分离度) :两组分分离成功的最重要的指标是分辨率Rs 。
现代分离技术复习资料【考试类型:名词解释、选择、简答、论述】一、分离技术的分类分离就是把具有不同性质的物质分开。
功能包括提取、澄清或净化、浓缩、干燥和回收等,目的是提纯、去杂。
食品分离技术指各种分离技术在食品科学与食品工程中的应用,它依据某些理化原理将食品物料中的不同组分进行分离,是食品加工中的一个主要操作过程。
分类:a机械分离:简单分离,不涉及传质。
b传质分离:分离过程有质量传递过程发生:平衡分离过程:平衡分离过程为借助分离媒介(如热能、溶剂、吸附剂等)使均相混合物系统变为两相系统。
再以混合物中各组分在处于相平衡的两相中不等同的分配为依据而实现分离。
速率控制分离过程:速率控制分离过程是指借助某种推动力,如浓度差、压力差、温度差、电位差等的作用,某些情况下在选择性透过介质的配合下,利用各级分扩散速度的差异而实现混合物的分离操作。
c其他物理场辅助分离技术:超声波萃取、微波辅助..、超声微波协同萃取二、膜分离技术膜分离技术:采用天然或人工合成的高分子薄膜,以外界能量或者化学位差为推动力,对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。
浓度差极化(----影响反渗透的操作):在边界层附近形成一种浓度梯度,紧靠于膜表面的溶质浓度最大、这种浓度梯度就称为浓差极化。
【反渗透前应该预过滤,尽量控制浓差极化程度;实验完成对膜进行逆洗】浓差极化的危害:影响浓差极化的因素:a 透水速率;b 溶液黏度;c 溶质在溶液中的扩散系数;d 表面溶液的流动情况。
反渗透的应用:果汁浓缩;葡萄酒中酒石脱出;低度啤酒的生产;纯水制备。
电渗析的应用:脱盐;有机酸提取;纯水制备;味精提取。
三、离子交换依赖电荷间的相互作用,利用带电分子中电荷的差异进行分离。
离子交换树脂的吸附选择:在产品分离过程中,需分离的溶液中常常存在着多种离子,探讨离子交换树脂的选择性吸附具有重要的实际意义。
离子交换过程的选择性就是在稀溶液中某种树脂对不同离子交换亲和力的差异。
《现代分离方法与技术》首先,分离方法是化学分析和工业生产中常用的一种实验和技术手段,可将混合物中的不同成分进行分离,得到所需物质。
根据分离原理和方法的不同,可以将其分为物理分离和化学分离两类。
物理分离方法主要通过物质的物理性质差异来实现分离,如沉淀、过滤、蒸发等。
而化学分离方法则是通过物质之间的化学反应差异来实现分离,如萃取、结晶、电析等。
在物理分离方法中,沉淀法是最常见的一种方法。
当混合液中存在不溶于溶液的物质时,可以通过加入反应物,使其与溶液中的物质反应生成沉淀,从而实现分离。
过滤法是另一种常用的物理分离方法,通过过滤纸或滤膜,将混合物中的固体颗粒分离出来。
蒸发法是将混合物中的溶液加热,使其蒸发,从而使溶质得以分离。
化学分离方法中,萃取法是一种常用的方法。
它利用溶质在两种互不相溶的溶剂中的分配系数差异,在两相之间进行传质的过程,从而分离混合物中的组分。
结晶法是将溶液经过加热或降温处理,使其中物质达到饱和或过饱和状态,从而使溶质结晶出来。
电析法是将混合物溶液通过电解池,利用不同成分的电化学特性,在电场作用下进行电离和电泳,从而实现分离。
除了以上几种主要的分离方法外,还有很多其他的分离技术被广泛应用于化学分离领域。
例如,色谱分离技术可通过色谱柱中固定相的选择性吸附和固相与流动相之间的相互作用来实现混合物的分离。
电泳分离技术利用电场的作用,根据带电粒子在电场中移动的速度和方向不同,实现对混合物中成分的分离。
而超临界流体技术则是通过调节超临界流体的温度和压力,实现对混合物中成分的提取和分离。
总而言之,《现代分离方法与技术》涵盖了物理和化学分离方法的原理、分类和应用,并介绍了一系列现代化学分离技术的发展和应用。
通过学习该课程,我们可以了解到各种分离方法的优缺点,培养合适的分离方法选择的能力,为化学分析和工业生产提供技术支持和解决方案。
同时,也为我们的科研能力和实践操作能力的提升起到了积极的促进作用。
分离的概念:分离是利用混合物中各组分在物理性质或化学性质上的差异,通过适当的装置或方法,使各组分分配至不同的空间区域或者在不同的时间一次分配至同一空间区域的过程。
分离的形式1.组分离(族分离):性质相近的一类组分从混合物体系中分离。
例如:药物和石油的分离。
2.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。
3.多组分相互分离:混合物中所有组分相互分离(复杂天然产物分离为纯组分)4.特定组分分离:将某一感兴趣物质从中分离(其余物质混合在一起)5.部分分离:每种物质都存在于被分开的几个部分中,对每一个部分而言,是以某种物质为主,含有少量其他组分(每种物质都存在于被分开的几个部分)富集:目标化合物浓度在某空间增加浓缩:溶剂与溶质的相互分离纯化:目标产物中除去杂质纯度:表示纯化产物主组分含量高低或所含杂质多少的概念。
重结晶是化学合成中最常用的提纯手段分离科学的表述:是研究从混合物中分离、富集或纯化某些组分以获得相对纯物质的规律及其应用的学科。
分离技术应用原因:1.实际样品的复杂性2.分析方法灵敏度的局限性干扰的消除:1.控制实验条件2.使用掩蔽剂3.分离满足对灵敏度的要求:1.选择灵敏度高的方法2.富集评价分离效果:1.干扰成分减少至不再干扰2.待测组分有效回收质量分数> 1% 回收率> 99.9 % 以上质量分数0.01% ~1% 回收率> 99 %质量分数< 0.01 % 回收率> 95 % 或更低分离的目的:①分析操作的样品前处理②确认目标物质的结构③获取单一纯物质或某类物质以作他用④除掉有害或有毒物质:例如污水排放分离技术的特点:①分离对象物质种类繁多②分离目的各不相同③分离规模差别很大④分离技术形形色色⑤应用领域极为广泛分离科学的内容:1.研究分离过程的共同规律(热力学、动力学、平衡)2.研究基于不同分离原理的分离方法、分离设备及其应用分分离的基本原则:1.离因子尽可能高;2.分离剂或能量尽可能少;3.产品纯度尽可能高;4.设备极可能便宜;5.操作尽可能简单;6.分离速度尽可能快。
第1章绪论重点:1.3 分离过程的本质1.5 分离方法的评价§1.1 分离科学及其研究内容分离是利用混合物中各组分在物理性质或化学性质上的差异,通过适当的装置或方法,使各组分分配至不同空间区域或者不同时间依次分配至同一空间区域的过程。
分离科学研究内容:§1.3 分离过程的本质有效识别混合物中不同组分间物理、化学和生物学性质的差别(选择依据),利用能够识别这些差别的分离介质或扩大这些差别的分离设备来实现组分间的分离或目标产物的纯化。
物理性质:分子形状、大小,溶解度、挥发性,分子极性即电荷性质,流动性等化学性质:分子间的相互作用,分子识别,化学反应等生物学性质:生物大分子之间的分子识别和特异性结合分离(separation)是利用混合物中各组分在物理性质或化学性质上的差异,通过适当的装置或方法,使各组分分配至不同的空间区域或在不同的时间依次分配至同一空间区域的过程。
实际上,分离是一个相对的概念,人们不可能将一种物质从混合物中100%地分离出来。
富集是指在分离过程中使目标化合物在某空间区域的浓度增加。
富集是分离的目的之一,需要借助分离的手段,富集与分离往往是同时实现。
浓缩指将溶液中的一部分溶剂蒸发掉,使溶液中存在的所有溶质的浓度都同等程度的提高的过程。
浓缩过程也是一个分离过程,是溶剂与溶质的相互分离,不同溶质并不相互分离,它们在溶液中的相对含量(摩尔分数)不变。
纯化是通过分离操作使目标产物纯度提高的过程,是进一步从目标产物中除去杂质的过程。
纯化的操作过程可以是同一分离方法反复使用,也可以是多种分离方法反复使用。
纯度是用来表示纯化产物主组分含量高低或所含杂质多少的一个概念。
注意纯是相对的,不是绝对的。
纯度越高,则纯化操作的成本越高。
物质的用途不同,对纯度的要求也不同。
富集、浓缩和纯化的区分根据目标组分在原始溶液中的相对含量(摩尔分数)的不同进行区分:§1.4 分离方法的分类常用到得分离方法:萃取分离法(包括溶剂萃取、胶团萃取、双水相萃取、超临界流体萃取、固相萃取、固相微萃取、溶剂微萃取等)、色谱分离方法、膜分离方法(包括渗析、微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析、膜萃取、膜吸收、渗透汽化、膜蒸馏等)、电化学分离法、沉淀分离法等。
分离:利用混合物中各组分在物理性质或化学性质上的差异,通过适当的装置或方法,使各组分分配至不同的空间区域或者在不同的时间依次分配至同一空间区域的过程。
富集:在分离过程中使目标化合物在某空间区域的浓度增加。
浓缩:将溶液中的一部分溶剂蒸发掉,使溶液中存在的所有溶质的浓度都同等程度提高的过程。
纯化:通过分离操作使目标产物纯度提高的过程。
纯度:用来表示纯化产物主组分含量高低或所含杂质多少的一个概念。
分离目的:1.分析操作的样品前处理2.确认目标物质的结构3.获取单一纯物质或某类物质以作他用4.除掉有害或有毒物质.分离方法分类:按被分离物质的性质:物理分离法(离心分离、电磁分离),化学分离法(沉淀分离、溶剂分离、色谱分离),物理化学分离法(蒸馏、电泳、膜分离)。
按分离过程的本质:平衡分离过程、速度差分离过程、反应分离过程。
离子交换树脂的选择原则:依据被分离物的性质、分离的目的1.根据样品所带电荷,选择阴离子或阳离子交换树脂2.根据样品离子吸附性强弱选择强型树脂或弱型树脂3.根据被分离物质分子大小4.根据离子交换反应类型5.树脂的酸碱性6.温度7.再生剂的消耗8.树脂的稳定性、粒度和孔径。
离子交换的应用:1.水的软化2.分离氨基酸3.分离纯化抗生素4.提取分离生物碱5.脱色、脱水。
影响离子交换速度的因素:1.树脂的粒度、比表面2.树脂交联度增大,速度减小3.温度升高,速度增大4.溶液浓度增大,速度增大5.搅拌速率6.离子的性质(价态、水合离子大小越大,速度减小)7.非水介质,速度减小。
影响离子交换选择性因素:1.离子价数2.水合离子半径(电荷数相同,原子序数增加,水合离子半径减小结合力增加)3.溶液PH。
4.离子强度、竞争结合5.交联度高,膨胀度低,选择性高6.温度7.有机溶剂8.辅助离子与树脂之间的辅助力.离子交换树脂的分类:按物理结构:凝胶型、均相型、大孔型。
按功能基:阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、螯合树脂、氧化还原树脂、两性树脂双水相体系性质:1.黏度2.两相密度差3.表面张力4.相间电势差5.相分离时间双水相体系应用:1.生物工程领域,酶核酸等的分离纯化2.中草药有效充分提取3.贵金属分离双水相萃取的工程问题:1.萃取过程及设备2.高聚物和盐的去除、回收及循环超临界萃取:一超临界流体作为流动相,直接从固体或液体样品中萃取目标物质的分离方法超临界流体特点:超临界流体密度与液体接近,黏度接近气体,其既有对物质的高溶解度特性又有气体一语扩散和流动的特性,临界点附近的温度压力微小变化即引起密度的显著变化,扩散系数介于气液之间超临界流体的选择原则:化学性质稳定,对设备无腐蚀;临界温度应接近室温或操作温度;临界压力较低,溶解能力强,选择性好,廉价易得影响超临界流体萃取的因素:1.压力增大,溶解度增大2.温度升高,流体密度减小,溶解能力减弱,被萃取物蒸汽压升高,在流体中溶解度增加3.提携剂4.超临界流体的流量 5.超临界流体与被萃取物的极性 6.原料颗粒的粒度7.提取时间超临界萃取过程有等温法、等压法、吸附法三种工艺流程,特点分别为1.温度相同;高压萃取低压分离;易于操作;能耗高2.不需要压缩装置,只需循环泵,能耗低;需加热冷却装置;温度对溶解能力的影响显著3.需填充适当的吸附剂超临界流体萃取的应用:1.中草药成分的提取,2.天然香料的萃取,3.食品功能成分的提取,有害组分的去除;4.环境样品的前处理固相萃取:利用被萃取物在液固两相间的分配作用进行样品前处理的一种分离技术.优点:被测物回收率高,分离效率高,操作简单快速易于自动化,有机溶剂使用少,能处理小体积样品,可同时处理大批样品,不会出现乳化现象。
分别的概念:分别是利用混合物中各组分在物理性质或化学性质上的差异,通过适当的装置或方法,使各组分安排至不同的空间区域或者在不同的时间一次安排至同一空间区域的过程。
分别的形式1.组分别〔族分别〕:性质相近的一类组分从混合物体系中分别。
例如:药物和石油的分别。
2.单一分别:将某种化合物以纯物质的形式从混合物中分别出来。
3.多组分相互分别:混合物中全部组分相互分别(简单自然产物分别为纯组分)4.特定组分分别:将某一感兴趣物质从中分别(其余物质混合在一起)5.局部分别:每种物质都存在于被分开的几个局部中,对每一个局部而言,是以某种物质为主,含有少量其他组分(每种物质都存在于被分开的几个局部)富集:目标化合物浓度在某空间增加浓缩:溶剂与溶质的相互分别纯化:目标产物中除去杂质纯度:表示纯化产物主组分含量凹凸或所含杂质多少的概念。
重结晶是化学合成中最常用的提纯手段分别科学的表述:是争论从混合物中分别、富集或纯化某些组分以获得相对纯物质的规律及其应用的学科。
分别技术应用缘由:1.实际样品的简单性2.分析方法灵敏度的局限性干扰的消退:1.掌握试验条件2.使用掩蔽剂3.分别满足对灵敏度的要求:1.选择灵敏度高的方法2.富集评价分别效果:1.干扰成分削减至不再干扰2.待测组分有效回收质量分数> 1% 回收率> 99.9 % 以上质量分数0.01% ~1% 回收率> 99 %质量分数< 0.01 % 回收率> 95 % 或更低分别的目的:①分析操作的样品前处理②确认目标物质的构造③猎取单一纯物质或某类物质以作他用④除掉有害或有毒物质:例如污水排放分别技术的特点:①分别对象物质种类繁多②分别目的各不一样③分别规模差异很大④分别技术形形色色⑤应用领域极为广泛分别科学的内容:1.争论分别过程的共同规律〔热力学、动力学、平衡〕2.争论基于不同分别原理的分别方法、分别设备及其应用分分别的根本原则:1.离因子尽可能高;2.分别剂或能量尽可能少;3.产品纯度尽可能高;4.设备极可能廉价;5.操作尽可能简洁;6.分别速度尽可能快。
1.环境中含芳烃污染无的废水样品分析检测前科采用哪些分离方法进行组分富集?纺织厂废水中含有的十二烷基苯磺酸及氨基蒽醌化合物如何进行检测?参考:(1)溶液萃取、固相萃取(SPE)、固相微萃取(SPME)、毛细管固相微萃取蒸发、减压蒸馏、水蒸气蒸馏等浓缩富集:1L CH2Cl 萃取四次(20ml*4),Na2SO4干燥,过滤,1m样品经N2流吹,1ml 乙腈:水=9:1溶解,最后超声震荡过滤。
(2)十二烷基苯磺酸——高效液相色谱和UV联用以80%甲醇为流动相,在流动相中添加7mmol/L醋酸铵电解质,流速0.5ml/min,PH=9的条件下使用高效液相色谱和UV联用,可以快速检测十二烷基苯磺酸。
检出限1.32μg/ml氨基蒽醌的测定——可用高效液相色谱法或者薄层色谱法高效液相色谱法:甲醇为流动相,用1,4—二氧六环:丙酮(4:1)溶解溶解标样和样品,采用CLC—ODS 0.46×15cm不锈钢色谱柱及UV474nm的检测器薄层色谱法:先把样品用薄层板展开,把1-氨基蒽醌斑点用小刀刮下,乙醇洗脱,再用72型分光光度计测吸光值。
2.中草药等天然产物中的有效成分(如极性不同的热敏性有机化合物)如何进行分离分析,应用哪些方法?中药大黄中的大黄素如何进行分离及分析检出?传统提取中草药有效成分的方法有水蒸气蒸馏法、减压蒸馏法、溶剂萃取法等,这些方法通常是工艺复杂、耗时、产品纯度不高、对环境污染大,而且易残留有害物质。
所以科研工作者们一直在试图寻找提取效率高、选择性好、污染小的方法,随着现代科学技术的不断发展,涌现出了许多新的分离提取方法,加快了提取过程,提高了提取效率。
超临界流体萃取技术就是其中之一,较传统提取方法而言,该方法具有简便、快速、提取率高、无污染等特点。
超临界流体的特点超临界流体既具有液体对溶质有比较大溶解度的特点,又具有气体易于扩散和运动的特性,传质速率大大高于液相过程(超临界流体的扩散系数为~10-4cm2/s,液体的扩散系数为~10-5 cm2/s)。
分离方法知识点总结中考一、分离方法的概念分离方法是指根据物质的特性和各种物理化学性质,利用适当的技术手段,将混合物中的各种组分进行有效地分离的方法。
分离方法在化学、生物、环境科学等领域有着广泛的应用,可以为研究和生产提供良好的保障。
二、分离方法的分类1. 物理分离方法:(1) 过滤法:根据物质的颗粒大小差异,利用过滤介质(如滤纸、滤膜)将混合物分离。
(2) 蒸馏法:利用物质的沸点差异,将混合物中的液态成分进行分离。
(3) 结晶法:根据物质的溶解度差异,透过溶液结晶成固体,从而将混合物中的成分分离出来。
2. 化学分离方法:(1) 萃取法:利用两种或多种不相溶液体对混合物进行提取分离,如用有机溶剂提取水溶液中的某些有机物。
(2) 离子交换法:根据阳离子或阴离子在交换树脂中的选择性吸附效应进行分离。
(3) 色谱法:利用物质在固定相和流动相中的相互作用,达到对混合物中成分的分离和检测。
三、常见的分离方法及其特点1. 蒸馏法特点:适用于液态混合物的分离,可以得到相对纯净的物质。
2. 过滤法特点:适用于固液混合物的分离,简单易行。
3. 萃取法特点:适用于有机物与水混合物的分离,对于不同溶解度的物质有较好的分离效果。
4. 色谱法特点:分辨率高,适用于对混合物中微量成分的分离及检测。
四、分离方法的应用1. 生产中的分离方法应用在化工生产中,常采用蒸馏法、萃取法、结晶法等方法对原料进行分离和提纯。
2. 实验室中的分离方法应用在化学实验中,常使用过滤法、萃取法、色谱法等方法对混合物进行分离和分析。
3. 环境污染治理中的分离方法应用在环境科学领域,分离方法被广泛用于处理废水、废气中的污染物,以及固体废弃物的处理工作中。
五、分离方法的发展趋势1. 技术手段的不断更新随着科技的进步,新型的分离技术不断涌现,如膜分离技术、离子交换等新兴技术的应用,使得分离方法更加高效、环保。
2. 分离方法的自动化和智能化随着自动化和智能化技术的发展,分离方法也趋向于自动化和智能化,提高了生产效率和质量。
分离: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,使各组分分配至不 同的空间区域或者在不同的时间依次分配至同一空间区域的过程。
把混合物中某些组分或各组分彼此分开,或把混合物中各相间彼此分开的过程叫分离(化工词典)。
分离的目的1确认对象物质或准确测定其含量;2获取单一纯物质或某类物质以作它用;3浓缩(富 集)某个或某类物质;4消除干扰,提高分析方法选择性和灵敏度。
分离科学;研究从混合物中分离、纯化或富集某些组分以获得相对纯物质的过程的规律、仪器制造技 术及其应用的一门学科。
富集:通过分离,使目标组分在某空间区域的浓度增大。
分离与富集的关系:富集需要借助分离,即分离与富集是同时实现的。
富集与分离的目的不同,富集只是分离的目的Z-o浓缩:将溶剂部分分离,使溶质浓度提高的过程。
浓缩与富集的异同:浓缩吋溶质相互之间不分离;富集往往伴随着浓缩,因为以富集为目的的分离最终都会设法使溶液体积减小。
纯化:通过分离使某 种物质的纯度提高的过程。
根据目标组分在原始溶液屮的相对含量(摩尔分数)的不同进行区分:方法 被分离组分的摩尔分数富集 〈0. 1浓缩 0. 1 —0. 9纯化 >0.9分离科学的重要性:1分离是认识物质世界的必经Z 路2分离是各种分析技术的前捉3富集(分离) 延伸了分析方法的检出限4分离科学是其他学科发展的基础5分离科学提高了人类的生活品质富集倍数=待分离组分的回收率/基体回收率为什么要研究敞开体系?因为分离体系往往是敞开体系,女口:研究多相中的某一相(相与相之间有物质进出);色谱柱或固相萃取柱的某一小段,如一个理论塔板(段与段,或塔板Z 间有物质进出); 固定相或流动相(两相间冇物质交换);离子交换树脂表面的保留行为(树脂与淋洗液之间有物质交换)。
相平衡一相变化达到平衡,系统屮各相之间没有物质传递,每相的组成与物质数量不随吋间而变。
分离因子s :两种物质被分离的程度。
回收率R 相差越大,分离效果越好。
设A 为目标组分,B 为共存组分,则A 对B 的分离因子SA,B 为分离因了既与分离前样品中B 与A 的比例相关,也与分离后二者的比例相关。
混合爛(ASmix )—将i 种纯组分混合,若各组分间无相互作用,则混合前后体系的爛变称为混合 爛变(混合爛)分离爛(ASsep )—混合过程的相反过程的爛变。
ASsep =— ASmix (两种过程的始终态对应相反)绝热体系屮混合后形成均相理想体系:ASmix>0 自发过程; ASsep < 0 非自发过程回收率R = 实际回收量 Q欲冋收总量~~e? X 100 % Q A IQ B00,A / 00,3氢键:氢原子在分子屮与电负性较大的原子X形成共价键吋,述可以吸引另一个电负性较大、且含有孤对电子的原子Y,形成较弱化学结合。
氢键的形成机理:在H—X共价键中,电负性较大的X原子强烈吸引H原子的核外电子云,使H核儿乎成为裸露状态。
H核(即质子)半径相当小(0.03mn),且无内层电子,与电负性大的Y有较强的静电相互作用,从而形成氧键。
氢键的方向性和饱和性氢键的方向性:Y原子与X-Y形成氢键时,尽可能使氢键的方向与X-H键轴在同一条直线上,这样可使X与Y的距离最远,两原子电子云间的斥力最小,因此形成的氢键愈强,体系愈稳定。
氢键具有饱和性:每一个X—H只能与一个Y原子形成氢键。
这是因为氢原子的半径比X和Y的原子半径小很多,当X—H与一个Y原子形成氢键X—H……Y之后,如有另一个极性分子Y原子接近时,则这个原了受到X、Y强烈排斥,其排斥力比受止电荷的II的吸引力大,故这个II原了未能形成第二个氢键。
Lewis酸碱Lewis酸一具有较强电子接受能力的化合物Lewis碱一具有较强屯子给予能力的化合物电荷转移络合物电子给予体与电子接受体Z间形成的络合物电荷转移络合物形成的条件屯子给予体分子中要有一个能量较高的已占分子轨道,因而具有相对较低的电离势;电子接受体分了中要有能量足够低的空轨道,因而具有相对高的电了亲和能。
相平衡方程(y-x关系)泡点方程(p-x关系)露点方程:司(戸-/)P(P A-P B)(3)溶解度参数(§)■ 是目前使用最多的溶剂极性标度之一,可用来解释许多非电解质在有机溶剂中的溶解良以及分离问题。
■数学定义式O 内组分i的摩尔内聚能1 V 巧-------------- 组分i的腐尔体积(0加衷示1摩尔溶剂分子间相互作用的总能星,可从手册上查得。
也可通过计算(n下页〉枝得.(4)罗氏(溶剂)极性标度(p )罗氏极性参数选择3种模型化合物,分别代表典型的不同相互作用类型乙醇(ethanol):代表质了给予体化合物;二氧六环(dioxane):代表质子接受体化合物;硝基甲烷(nitromethane):代表强偶极作用化合物然后测定3种模型化合物在各种溶剂屮的溶解性(通过测定一定温度下混合物的蒸汽压来换算)。
溶解度参数的特点溶解度参数与溶剂极性参数P 是相互关联的,它反映了溶剂极性的大小。
两种溶剂的相同时,互溶性最好;相差越大,互溶性越差。
可用于溶剂萃取、色谱以及许多分离方法中溶质或溶剂极性大小的估算,分离过程中溶剂的选择。
包括了色散力、偶极力、质子接受性或给予性的贡献分离过程中溶剂选择的一般方法第一步:选择与溶质极性相等的溶剂要使溶质在溶剂屮溶解度达到最大,首先要使溶质和溶剂的极性相等。
第二步:调整溶剂的选择性 在维持极性相等的前提下,更换溶剂种类,使分离选择性达到最佳。
基本概念萃取一泛指任意两相间的传质过程,包括液-液萃取、液-固萃取(固相萃取),SFE,逆流(色谱)萃 取等。
反萃取一被萃物进入冇机相后,再用水相将随目标物质进入冇机相的杂质除掉。
(萃取)分配常数K D K =〔亠[札分配比(D )同一物质的每种形态在两相屮的分配系数都不一样。
故分配比定义为某种物质在两相Z 间各形态总浓度的比值。
C” 【4* I 。
%Q=V= ------------------ Cc ; SUU、 c i -分配比不一定是常数,随实验条件(pH,萃取剂,溶剂,盐析剂等)而变化。
当溶质在两相中只有一种形态时,D=KD(平衡)分配系数(Ki )Kt在某温度T 吋,组分i 在两相(I 和II )间达到分配平衡吋的浓度之比萃取率(E )对于—次萃恥疋%= g xl 。
%E 的大小取决于分配比和相比(两相体积比V org /V aq )"爲+ M In a 吟・》纭+ RT0 . 0 In a» org 一〃々a 曾 RTIn J溶质在有机相中的量 溶质在两相中的总量xlOO% 叮"°%&为常数的条件:>溶质A 在溶液中的浓度极低;> A 在两相中的分子形态相同:>温度一定。
热力学分配平衡常数K 。
K 。
与化学势的关系: 由平衡时Mor t = Maq 得:=exp[以CyVorg 除上式,得:胶团(胶束、胶体)萃取一被萃取物以胶体或胶团形式被萃取。
正(向微)胶团:在水溶液中加入表面活性剂达到一定浓度时,会形成表面活性剂聚集体(胶团), 在这种胶团屮,表而活性剂的极性头朝外(向水),而非极性尾朝内。
反(向微)胶团:与正向微胶团相反,当向非极性溶剂屮加入表面活性剂达到一定浓度吋,会形成憎水非极性尾 朝外(向溶剂),而极性头(亲水基)朝内的胶团。
胶团大小在毫微米级超临界流体超临界流体兼冇液体和气体的双重特性,扩散系数大,粘度小,渗透性好,与液体溶剂相比,可以更 快地完成传质,达到平衡,促进高效分离过程的实现。
超临界流体的选择原则:化学性质稳定,对设备无腐蚀。
临界温度应接近室温或操作温度,不能太高,也不能太低。
操作温度应低于被萃取组分的分解、变质温度。
临界压力应较低(降低压縮动力)。
对被萃取组分的溶解能力高,以降低萃取剂的消耗。
选择性较好,易于得到纯品。
双水相:将两种聚合物水溶液混合时,当聚合物浓度达到一定值,体系会口然分成互不相溶的两相。
形成原因:由于不同高聚物的不相溶性,即高聚物分子的空间阻碍作用,相互无法渗透,不能形成均 一相,从而具有分离倾向,在一定条件下即可分为两相。
一般认为只要两种聚合物水溶液的憎水程度 有差异,混合吋才可发生相分离,且憎水程度相差越大,相分离倾向越大。
双水相体系的特点:体系屮水含量达70 — 90%,组成双水相的高聚物及某些无机盐不会导致生物物质失活,冇时述冇保 护作用。
可直接从含有菌体的发酵液和培养液屮提取所需蛋白质,还能不经破碎直接提取细胞内酶。
易于进行工业放大,处理量可以较大。
萃取后,含有聚合物的目标产物可以采用常用的分离手段(超滤、电泳、色层分离等)将聚合物除掉。
无冇机溶剂残留。
5.1.3影响萃取的各种因素(1) .萃取剂浓度的影响自由(游离)萃取剂浓度增加,分配系数上升。
口由萃取剂浓度指有机相中未参与形成萃合物的萃取剂浓度。
浓度高到一定程度后会出现活度系数降低的趋势。
(2) .酸度的影响不同萃取体系屮酸度的影响不同。
在中性配合萃取体系中,酸度直接影响与金属形成中性盐的阴离子的浓度。
阳离了交换萃取体系中H+直接和金屈离了竞争萃取剂。
(3) .金屈离子浓度的影响金属离子浓度较低的情况下,对萃取儿乎无影响,但当金属离子浓度很高时,会导致有机相中游 离萃取剂浓度降低,从而降低分配系数。
(4) .盐析剂的影响盐析现象:在萃取中,向水相中加入另一种无机盐使得金屈分配系数上升的现象。
所加无机盐称盐析 剂。
盐析剂往往含有与被萃物相同的阴离子,加入盐析剂将产生同离子效应,使分配系数上升。
萃取分离系数 (分离因子) D B由于盐析剂的水合作用,使得水相屮的一部分水成了它们的水合水,从而降低了自由水的浓度。
同时也就捉高了金屈离子的活度,使分配系数捉高。
(5) .温度的影响主要看萃取反应是吸热还是放热反应。
放热反应:温度升高,K 下降吸热反应:温度升高,K 升高(6) 样品溶液中朵质离了的影响水相屮存在的能与金屈离子配合的阴离子会抑制(减弱)萃取配合物的生成(7) 萃取剂的影响萃取剂的结构和性质直接影响其与金属离子的配位。
(8) 稀释剂的影响稀释剂:加入有机相中起溶解萃取剂、减小有机相粘度、抑制乳化等作用的惰性溶剂。
稀释剂影响萃取剂的聚合。
稀释剂可能与萃取剂形成氢键。
协同萃取作用:混合萃取剂同时萃取某一物质时,其分配比显著大于相同浓度下各单一萃取剂分配比之和。
即: 有协同效应:D 协同>D 加和=D1+D2 + -无协同效应:D 协同〜D 加和反协同效应:D 协同〈D 加和协萃系数R : R 二D 协同/D 加和加速溶剂萃取ASE 用溶剂从固体或半固体样品中快速提取目标物质;通过高温(50 20000和高压(10 20MPa )加快捉取速度。