化学分离与富集方法-1_ 分离与富集概论概论

对于一个组成复杂的混合物体系，如果不能对其进行有效的分离、纯化， 就难以对所含的组分进行准确的定性、定量及结构鉴定分析。
在分离科学中，由于实验的目的不同，对分离的要求及采用的技术亦不相 同。
如以测定物质的结构和性质为目的分离方法，主要是为了得到纯的待
测物质，通常注重样品的“纯度”，而不一定要求分离过程的高效率、高精 度。
这里用一种“假设的状态”，是因为从理论上讲，把一个混合物组分进行完 全的分离是不可能的。所谓的已被分离的化合物或组分实际上并没有完全的分 开。即使是 99．9999％的纯硅，也意味着含有 0.0001％的其它组分。
分离过程 大致有两种情况，即：
组 分 离： 把性质相似的组分一起分离； 单一分离： 把某—组分以纯物质形式分离。
第二节 分离富集在分析化学中的作用
随着科学技术的发展，现代分析化学的分析对象越来越复杂，待测组分 含量越来越低，在地球和宇宙科学、环境科学、生命科学、材料科学以及医 学和考古学中，经常要求检测到 ug/g、ng/g、pg/g，甚至更低含量的组分。
目前虽然有许多灵敏度和选择性很高的仪器分析方法，但在分析实践中， 常常由于存在基体效应以及其它各种干扰而难以得到准确的结果．因此分离富 集仍然是分析方法中不可缺少的重要环节。
样品组成的复杂性和剖析要求的多样性，决定了剖析过程的复杂性。对于
各种复杂体系进行综合分析的程序通常包括三个重要部分：
① 将复杂体系中的各组分逐一分离、纯化及纯组分的制备过程。 分离后得到的各个组分的纯度鉴定是非常重要的实验程序，只有纯
度足够好的样品，提供的各种结构分析数据才是可信和有价值的。对 样品的纯度未经鉴定就匆匆进行各种波谱分析，可能给出一些互相矛
当分离的目的是测定物质中某成分的含量时，则要求分离方法应具有 高分离效率、高回收率和高精度等。对组分的纯度要求，一般以不干扰定 量分析为标准。此外，由于分离的对象、规模各不相同，采用的方法、操 作程序等彼此可能有很大的差别。
在现代分析科学中，面临的最困难的课题之一是对复杂体系样品的分析。 可以说，没有一种方法能圆满地独立完成复杂体系的分析，必须采用多种分析 方法，并对提供的各种数据、信息进行综合分析，才能给出样品中各组分的结 构与成分信息。
本门课只是重点讨论实验室规模的分离方法，并以分析化学的应用为主， 也兼顾其他方面。虽然分析化学中的分离富集方法与工业生产规模的工艺流程 有所区别，但所依据的分离原理是完全一致的，通常可以互相借鉴、引用。
可以认为：分析化学中分离富集方法，缩小了的化学工艺流程，只要适当
地调整某些因素，就可将分析化学中分离方法用于化工、湿法冶金．稀贵金 属的提取、分离及纯化、环境治理等领域。
显而易见，分离富集的目的在于消除干扰，并提高待测痕量组分。 它不仅可以延伸待测痕量组分的检测下限，而且对于提高化学分析和近代 仪器分析结果的精密度、被确度、扩展仪器分析的应用领域，均有重要作用， 有着延伸分析方法检出限的重要作用，一般可使分析方法的检出限降低 1-3 个 数量级。
回顾分析化学发展的历史，可以清楚地发现，70 年代以来，化学和化学 反应在分析化学中的重要性又被人们所重视，正如著名分析家 Laitinen 在 1980 年预言的：“信不信由你，化学正在回到分析化学”。
因此研究和应用分离技术是具有重要的理论和经济价值的，对推动分析化 学的进步，以及化工、冶金工艺过程的改进乃至高新材料的研制、生命科学 的研究都有着重要的意义。
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第一章 分 离 与 富 集 概 论
从热力学观点出发，以上这三种过程的后者为自发过程。分离科学实质
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第一章 分 离 与 富 集 概 论
上是研究如何将热力学第二定律所说的自发过程．以相反方向进行到最大限 度的科学。
即，如何给体系增加能量和降低体系的熵值以增强分离效果。 从这种意义上讲，有人形象地讲“分离科学是一门不断地与热力学第二 定律作斗争的科学”是有一定道理的。
现代分离科学研究内容有：
(1) 各种表面上看来毫无联系的各分离方法之间的共同规律。
例如组分在相迁移过程中发生了什么变化，它对分离产生了什么
样的影响，如何强化分离有利的因素和抑制那些不利的因素； (2) 如何将现代科技中最先进的技术和材料应用于分离技术中； (3) 选择现代科学技术中对分离和纯化要求最迫切对象进行研究，以提
(a + b + c + d + ⋅⋅⋅) → (a) + (b) + (c) + (d) +⋅⋅⋅
式中 a、b、c、d …表示组分种类，括号表示在分离空间中所占有的区 域．从式中看出，各组分原来是混在—起的，经分离后成为单个组分，故 此分离为完全分离。
★ 不完全分离可表示为：
(a + b + c + d + ⋅⋅⋅) → (a) + (b + c + d + ⋅⋅⋅)
分离和富集方法的实际使用情况来看，大多所得结果是增加了原来混合物 中的一种或多种组分的摩尔数，分离结果也总是使感兴趣的组分达到富集或 提纯的目的。
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第一章 分 离 与 富 集 概 论
分离与提纯是因果关系，而“提纯”之意又往往是指将一种已较纯的物质， 进一步采用一种或几种分离方法将有害的、低含量的、甚至是痕量的杂质除去 的过程，所以化学的发展离不开分离科学。
上述三种情况概括说明了分离的—般模式，即：
在分离过程中，组分需迁移(即分子向一定方向移动)并在分离体系空间中 进行再分配，只有这样才能达到分离的目的。
因为迁移还涉及到所需的驱动力、体系的宏观、微观和分子本身的结构、 试样本身的性质以及分离能进行到什么程度等各方面的因素。所以，分离过 程的影响因素极为复杂，这也是分离科学成为一门独立学科的原因。
我们说“复杂体系”，不仅是指样品组分的多样性，而且还可能包含完全 不同体系的物质共存于一个样品中，如有机化合物与无机物共存一体，高分子、 大分子与小分子化合物共存一体，生命物质与非生命物质共存一体，常量、 微量与痕量组分共存一体等。而人们最感兴趣的组分又可能是共混体系中的微 量、痕量组分，如超导材料中的痕量的掺杂成分，感光材料中的增感剂，塑料 中的增塑剂等。不同含量的组分，要求不同的分析方法和分析过程。
高经济效益，解决生产中具有突破性的问题； (4) 将各种分离方法联用，研究最优的分离条件； (5) 分离出迄今尚未发现的新物质； (6) 寻求新的分离原理及方法等。
3. 分离及定义
对物质的分离，罗尼( Rony )曾提出这样的定义：
“ 分 离 (separation) 是 一 种 假 设 的 状 态 ， 在 这 种 状 态 下 ， 物 质 被 分 开 (isolation)了,就是说 含有 m 种化学组分的混合物被分成 m 个常量范围。 换言之，任何分离过程的目的就是要把 m 个化学成分分成 m 种纯的形式， 并把它们置于 m 个独立的容器中”。
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第一章 分 离 与 富 集 概 论
盾的数据，将干扰结构分析的正确思路，使剖析工作更加复杂化。 ② 对分离出来的各组分进行结构与成分含量分析。 ③ 对推测的结构进行合成、加工及应用性能验证。 一种新材料的研究是把分离纯化、结构分析与成分分析相结合的一门综 合分析技术。 分析化学中的分离是以定量分析为目的；分离干扰组分，以提高方法的专 一性。
事实正是如此，以化学和化学反应为基础的分离富集技术在分析化学中正 发挥重要作用。
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第一章 分 离 与 富 集 概 论
在大多数分析实验室中，对复杂物料的分折以痕量、超痕量分析一般均 采用如下分析流程：
富集 是从大量基体物质中将欲测量的组分集中到一较小体积溶液中，从
而提高检测灵敏度。 在分析化学中，把测定之前进行的分离过程称之为预富集。 分离与富集在分析过程中往往是同时实现的，也就是说，通常在分离干扰
组分的同时，待测组分也得到富集．若直接分离待测组分，分离过程当然也 是富集过程。
分离方法种类繁多，特别是近 20 年来，随着科学技术的进步，各种方法相 互渗透．分离富集技术取得很大进展，经典的分离技术不断完善，新技术、新 方法不断涌现概 论
第一章 分离与富集概论
本章目录
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
引言 分离富集在分析化学中的作用 分离能耗分析 分离富集依据及方法 分离方法的评价 分离富集技术的发展趋势
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样品制备---分解---分离富集---测定---数据处理
工业上纯物质的分离提取、分析化学上纯基体的制备或某一组分的分离分
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析均属后者。
依据分离的程度，组分的分离可分为完全分离和不完全分离两大类：
★ 完全分离可以表示为：
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第一章 分 离 与 富 集 概 论
第一节 引 言
1. 现代分离科学的重要性
分离科学是一门与人类生活、社会发展、科学技术进步及工农业生产联