分馏技术原理

本次实验主要介绍薄层色谱。
薄层色谱（Ｔｈｉｎ Ｌａｙｅｒ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）常用ＴＬＣ表示，又称薄层层析，属于固－液吸附色谱。是近年来 发展起来的一种微量、快速而简单的色谱法，它兼备了柱色谱和纸色谱的优点。一方面适用于小量样品（几 到几十微克，甚至０．０１μｇ）的分离；另一方面若在制作薄层板时，把吸附层加厚，将样品点成一条线，则 可分离多达５００ｍｇ的样品。因此又可用来精制样品。故此法特别适用于挥发性较小或在较高温度易发生变化 而不能用气相色谱分析的物资。此外，在进行化学反应时，常利用薄层色谱观察原料斑点的逐步消失来判断 反应是否完成。
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从茶叶中提取咖啡因
（ １ ）学习从茶叶中提取咖啡因的基本原理和方法，了解咖啡因的一般性质。
（ ２ ）掌握用索氏提取器提取有机物的原理和方法。
（ ３ ）进一步熟悉萃取、蒸馏、升华等的基本操作。
【历史】１８２０ 年由林格（ Ｒｕｎｇｅ ）最初从咖啡豆中提取得到，其后在茶叶，冬青茶中亦有发现； １８９５ ～ １８９９ 年由易 · 费斯歇（ Ｅ．Ｆｉｓｃｈｅｒ ）及其学生首先完成合成过程。我国于 １９５０ 年从茶叶中提 得， １９５８ 年采用合成法生产。
数将降低。这样简单地进行蒸馏，得不到有 效的分离。 若将蒸气冷凝，对收集到的馏出液再次 蒸馏，乙醇进一步得到富集。这样进行多次 蒸馏，蒸气组成沿上凸线向左移动，液体组 成也沿下凹线向左移动，直至两条线交于一 /organic/net_course/content/Fractional/theory.htm[2011/4/27 19:42:16]
此溶液并不沸腾。
当溶液加热到温度ｔ时沸腾，低沸点组分Ａ由于其从 液体表面逸出倾向较强，在蒸气中Ａ的分数较其在原溶 液中多一些，而在液体中就少一些。
左图表示的是苯和甲苯溶液（一种理想 互溶液体）在蒸馏时的沸点－组成图。下凹的 曲线是沸腾溶液的液相组成线（右边），对 应着苯－甲苯溶液的给定压力下的沸点；上凸 的曲线是沸腾液体的蒸气组成线（左边）。
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蒸馏操作－无水乙醇的制备
实验导学
本实验内容涉
【其他名称】咖啡碱；茶素； Ｃｈｆｆｅｉｎｅ ， Ｔｈｅｉｎ ； Ｇｕａｒａｎｉｎａ ， Ｍｅｔｈｙｌ ； Ｔｈｔｏｂｒｏｍｉｎｅ 。
咖啡因具有刺激心脏、兴奋大脑神经和利尿等作用，因此可用作中枢神经兴奋药。它也是复方阿司匹
林（ＡＰＣ）等药物的组分之一。
咖啡碱为嘌呤的衍生物，化学名称是１，３，７－三甲基－２，６－二氧嘌呤，其结构式与茶碱，可可碱类似：
【性状与稳定性】咖啡因易溶于氯仿（１２．５％），水（２％）及乙醇（２％）等。含结晶水的咖啡因为无色 针状晶体，在１００℃时即失去结晶水，并开始升华，在１２０℃升华显著，１７８℃升华很快。
【提取原理】茶叶中含有咖啡因，约占１￣５％，另外还含有１１￣１２％的丹宁酸（鞣酸），０．６％的色素、纤维 素、蛋白质等。为了提取茶叶中的咖啡因，可用适当的溶剂（如乙醇等）在脂肪提取器中连续萃取，然后蒸 去溶剂，即得粗咖啡因。粗咖啡因中还含有其它一些生物碱和杂质（如单宁酸）等，可利用升华法进一步提 纯。
薄层色谱是在被洗涤干净的玻板（１０×３ｃｍ左右）上均匀的涂一层吸附剂或支持剂，带干燥、活化后将 样品溶液用管口平整的毛细管滴加于离薄层板一端约１ｃｍ处的起点线上，凉干或吹干后置薄层板于盛有展开 剂的展开槽内，浸入深度为０．５ｃｍ。待展开剂前沿离顶端约１ｃｍ附近时，将色谱板取出，干燥后喷以显色剂， 或在紫外灯下显色。记下原点至主斑点中心及展开剂前沿的距离，计算比移值（Ｒｆ）：
分馏技术
点，即达到一个恒定的温度。此时气相组成 与液相组成相同，再蒸馏也不会改变，此后 就无法进一步对乙醇富集，这就是恒沸现 象。
再高效的分馏柱也不能对具有恒沸现象的物系实现完全 分离，只能得到组成恒定、沸点一定的恒沸混合物。 实际上，大部分液体蒸馏体系都具有恒沸现象。乙醇－水 溶液的恒沸点在７８．１５ｏＣ（１０１．３ｋＰａ，恒沸组成为９５．５％乙醇－ ４．５％水），低于纯乙醇的沸点７８．３ｏＣ（１０１．３ｋＰａ）。恒沸点 低于纯物质沸点的现象称为最低恒沸现象。也有些溶液具有 最高恒沸点，如氯仿－丙酮溶液等。
分馏技术
了解分馏的原理和意义，分馏柱的种类和选用的方法。学习实验室里常用分馏的操作方法。
分馏就是使沸腾着的混合物蒸汽通过分馏柱进行一系列的热交换，由于柱外空气的冷却。蒸汽中高沸点 的组分就被冷却为液体，回流入烧瓶中，上升的蒸汽中含低沸点的组分相对的增加，当冷凝液回流途中遇到
上升的蒸气，两者之间又进行热交换，上升的蒸气中高沸点的组分又被冷凝，低沸点的组分仍继续上升，易
及非挥发性溶质存
在时溶液的沸腾行
为，动画描绘了气－
液两相的动态平
衡，Ｔ－Ｐ图表述了这
种溶液的蒸馏行
为。注意了解产生
这些行为的原因，
了解蒸馏仪器和装
置组装及操作方
法。
本实验成败的
关键是：所用仪器
设备是否彻底干
燥；仪器装配符合
规范；热源温控适
时调整得当；馏分
收集范围严格无
误。
。
１、了解蒸馏和测定沸点的意义；
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分馏技术
两种挥发性物质组成的非理想溶液的蒸馏
对于非理想溶液，由于分子间的作用 强，其蒸馏行为偏离拉乌尔定律，有时出现 恒沸现象。 以乙醇－水溶液为例。组成为２５％乙醇－ ７５％水的溶液，在约８４ｏＣ时沸腾，蒸气组成 （在气相线上）约５５％乙醇－４５％水，而留在液 体中的乙醇就减少了。对此液体继续蒸馏， 沸点将升高，对应的气相和液相中乙醇的分
ｐ总＝ｐｏＡｘＡ＋ｐｏＢｘＢ 式中ｐｏＡ 、 ｐｏＢ分别是Ａ、Ｂ两物质在给定温度下 的蒸气压， ｘ源自、ｘＢ分别是溶液中两物质的摩尔分数。
因此，在温度ｔ时液体的总蒸气压由两种纯物质 的的蒸气压与其液体的摩尔分数的乘积构成。显然，
若Ａ的沸点较Ｂ的沸点低，当加热到Ａ的沸点温度时，
由拉乌尔定律，在一定压力下，稀溶液中溶剂的 蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以该溶剂在溶液中的摩 尔分数： ｐ溶剂 ＝ｐｏ溶剂 Ｘ溶剂 式中ｐ溶剂 、ｐｏ溶剂 分别是溶液中溶剂的蒸气压和纯溶剂的蒸气压；由于溶液中ｘ溶剂 ＜１，溶液中溶剂 的蒸气压总比纯溶剂的蒸气压低一些。
左面动画显示的是蔗糖水溶液的蒸馏曲线。曲线 １和曲线２分别表示水和蔗糖水溶液的温度－蒸气压曲 线。溶液中蔗糖分子的存在会降低溶液表面上水分子 的密集度，从而降低溶液的蒸气压。
上的Ｖ点得到相应的冷凝液Ｌ１，对其再蒸馏可
得到的蒸气组成为Ｖ１，将其冷凝后得到苯的 进一步富集（Ｌ２）；进一步重复上面的操 作，如此下去直到获得近乎纯净的苯。这种 过程称为分级蒸馏，是非常烦琐的操作过 程，好在有时可以在一种较为复杂的分馏柱 中进行。
分馏过程分析液体开始沸腾时，大量混合物蒸气上升。在 充有填料的分馏柱中（或有向内突出的阻隔物），蒸气发生冷 凝，冷凝液滴下落；下落过程中与继续上升的蒸气接触并发生 热交换，并在较低的温度下再度气化，此蒸气中低沸点组分含 量多于冷凝液滴中。在分馏柱中这样的气化－冷凝反复进行， 如蒸馏曲线所示，最后得到单一的低沸点组分。在分馏柱中， 每一次完整的气化－冷凝过程视为具有一个理论塔板。塔板数 越多，分馏柱的分离效果越好。
嘌呤（Ｐｕｒｉｎｅ）
咖啡因
（Ｃａｆｆｅｉｎｅ）
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从茶叶中提取咖啡因
茶碱（Ｇｕａｎｉｎｅ）
可可碱（Ａｄｅｎｉｎｅ）
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薄层色谱
实验导学
薄层色谱又叫薄
板层析，是色谱法
因此在相同的温度下溶液的蒸气压（Ｂ点）低于
水的蒸气压（Ａ点）。在１００ｏＣ时水会沸腾（在１个大
/organic/net_course/content/distillation/theory.htm[2011/4/27 19:43:19]
蒸馏操作－无水乙醇的制备
２、掌握圆底烧瓶、直型冷凝管、蒸馏头、真空接受器、锥型瓶等的正确使用方法，初步掌握蒸馏装置的装 配和拆卸技能；
３、 握正确进行蒸馏操作；
４、掌握用氧化钙制备无水乙醇的方法与操作。
一、含有非挥发性组分的溶液蒸馏
·含有非挥发性组分的溶液蒸馏原理
含有非挥发性组分的溶液蒸馏时，溶剂蒸气由冷 凝管导出，不挥发性的组分留在瓶内残液中，一次简 单蒸馏即可将大部分溶剂蒸出，从而达到分离目的。
气压下），而溶液还不会沸腾。只有在更高的温度下 （Ｂ′点）溶液才会沸腾。
对于这一类溶液，蒸馏操作或者是用来回收纯溶 剂，或者是用来得到固体溶质。
二、两种挥发性物质组成的理想溶液的蒸馏
对于两种挥发性物质Ａ和Ｂ组成的理想互溶液体（即对两种物质没有分子间作用的溶液），依照拉乌尔 （Ｒａｏｕｌｔ）定律和道尔顿（Ｄａｌｔｏｎ）定律在温度ｔ时的总蒸气压表示为：
色谱分析的质。此
外，薄层色谱法还
可用来跟踪有机反
应及进行柱色谱之
前的一种“预
试”。
本实验成败的关
通过实验让学生 （１）初步掌握簿层色谱法的实验技术。 （２）学会用薄层色谱法来跟踪有机反应。