分离科学与技术
分离科学与技术第5章 色层分离法
如 Sephadex G50 的溶胀率为 500 30%。
第二节 凝胶色谱分离法
三、凝胶特性参数 4) 凝胶粒径 形状 球形，粒径大小 分离度？粒径越小，分离效 率越高。 粒径大小的表示：筛目（微米），如软凝胶 50 ~ 150
m，硬凝胶 5 ~ 50 m。
第二节 凝胶色谱分离法
第二节 凝胶色谱分离法
二、凝胶的种类及性质 • 交联葡聚糖凝胶 • 琼脂糖凝胶 • 聚丙烯酰胺凝胶 • 聚苯乙烯凝胶
第二节 凝胶色谱分离法
二、凝胶的种类及性质 • 交联葡聚糖凝胶（Sephadex） 由葡萄糖残基构成的多糖物，经蔗糖微生物发酵制成。 基本骨架：葡聚糖 交联剂：环氧氯丙烷
分类：交联度大小，8 种型号（P107，表 5-2）
凝胶渗透极限 B 相对分子质量 < B 的分子全部进入
凝胶颗粒的微孔中。
第二节 凝胶色谱分离法
三、凝胶特性参数 2) 分级范围 能为凝胶阻滞，且互相之间可以得到分离的溶质的相 对分子质量范围。
第二节 凝胶色谱分离法
三、凝胶特性参数 3) 溶胀率 干胶溶胀后所吸收的水分的百分数称为溶胀率。
溶胀平衡后质量 干胶质量 溶胀率 100% 干胶质量
有关方法称为色谱法（chromatography）。
分离植物叶子：叶绿素a、叶绿素b、叶黄素等
第一节 概述
色谱创始人：茨维特 “一种新型吸附现象及其在生化分析上的应用” 茨维特这一方法在其后 30 年内没有引重视。 1931 年，著名有机化学家库恩（Kuhn）用这一方法 把从卵黄素中得到的叶黄素又成功分成黄体素和玉米黄
能溶于水及亲脂溶剂，用于分离不溶于水的物质。
第二节 凝胶色谱分离法
二、凝胶的种类及性质 • 琼脂糖凝胶（Sepharose） 依靠糖链之间的次级键（氢键）来维持网状结构，网 孔疏密由琼脂糖浓度决定。 化学稳定性较葡聚糖低，无干胶，在溶胀态下保存。 无带电基团，对蛋白质非特异性吸附小，主要用于分 离核酸类、多糖类及蛋白质等。
分离科学与工程专业中的分离技术研究
分离科学与工程专业中的分离技术研究科学和工程是当前社会发展中两个重要领域，它们的交叉与融合已经成为科技创新的重要动力。
在科学与工程的交汇点上，分离技术研究成为连接两个领域的重要纽带。
分离技术作为一项重要的研究领域，旨在通过不同方法分离混合物中的组分，具有广泛的应用价值和深远的影响。
本文将探讨分离科学与工程专业中的分离技术研究的重要性、进展和应用。
首先，我们需要明确分离技术在科学与工程领域中的重要性。
在科学领域，分离技术的研究对于理解物质的性质、组成和相互作用起到了至关重要的作用。
分离技术可以用于分离和纯化化学品、生物分子、有机物和杂质等，为科学家提供了研究环境中所需的纯净原料和样品，保证研究结果的准确性和可靠性。
在工程领域，分离技术则是生产过程中关键的环节。
通过合理选用和操作不同的分离技术，可以提高产品纯度和质量，降低生产成本，实现工业化生产的高效率和经济性。
其次，我们可以看到分离技术研究领域的不断发展和进步。
随着科学技术的不断进步，越来越多的分离技术被发现和开发出来，为科学研究和工程应用创造了更丰富的选择。
传统的分离技术如萃取、蒸馏、结晶等仍然被广泛应用，而一些新兴的分离技术如超滤、逆渗透、离子交换、分子筛等也获得了长足的发展。
这些新的分离技术不仅具有更高的效率、更广的适用范围，还能够满足对环境友好和可持续发展的需求。
此外，现代科技的发展还促进了分离技术的交叉研究，如分离膜技术、电场分离技术、微流体技术等，这些技术的发展进一步提升了分离效率和分离精度，丰富了分离技术研究领域。
在科学与工程专业实践中，分离技术广泛应用于许多重要领域。
例如，化工工程中的分离技术可应用于石油加工、化学品生产、药物制备等重要环节。
这些工艺过程中，分离技术的选择和优化直接影响产品质量和生产效率。
在生物技术和制药工程领域，分离技术则主要用于蛋白质纯化、疫苗制备、细胞培养等关键步骤。
分离技术的应用不仅对生物医药行业的科学发展有重要促进作用，也为保障公众健康提供了重要支持。
分离科学与技术
薄层色谱的应用一、概念薄层色谱(Thin Layer Chromatography)常用TLC表示，又叫薄板层析，是色谱法中的一种，是快速分离和定性分析少量物质的一种很重要的实验技术，属固—液吸附色谱。
它兼备了柱色谱和纸色谱的优点，一方面适用于少量样品（几到几微克，甚至0.01微克）的分离；另一方面在制作薄层板时，把吸附层加厚加大，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。
此法特别适用于挥发性较小或较高温度易发生变化而不能用气相色谱分析的物质。
此外，在进行化学反应时，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”，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。
二、原理色谱法的基本原理是利用混合物中各组分在某一物中的吸附或溶解性能的不同，或和其它亲和作用性能的差异，使混合物的溶液流经该种物质，进行反复的吸附或分配等作用，从而将各组份分开。
薄层色谱是一种微量、快速和简便的色谱方法。
由于各种化合物的极性不同，吸附能力不相同，在展开剂上移动，进行不同程度的解析，根据原点至主斑点中心及展开剂前沿的距离，计算比移值（Rf）：化合物的吸附能力与它们的极性成正比，具有较大极性的化合物吸附较强，因此Rf值较小。
在给定的条件下（吸附剂、展开剂、板层厚度等），化合物移动的距离和展开剂移动的距离之比是一定的，即Rf值是化合物的物理常数，其大小只与化合物本身的结构有关，因此可以根据Rf值鉴别化合物。
三、实例在皂苷分离中的应用：皂苷是一类结构复杂且性质特殊的分子，由糖基与三萜类、甾体或甾体生物碱通过碳氧键相连而成。
它们广泛存在于植物界，近年来在海洋生物中也发现有大量存在。
由于皂苷具有多种多样的生理活性，如降血脂、抗衰老、增强机体免疫功能等⋯．因此日益成为天然产物研究的热点之一。
但是皂苷分子结构复杂，极性大，并且在同一植物中大多结构相近(有时仅为一个羟基的差别)，因此皂苷的分离一直是富有挑战性的课题。
分离与纯化技术：科学与应用
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持续发展
• 环境影响减缓：关注技术对环境的负担，寻求绿色解决方案。 • 可持续性策略：集成环保与经济效益，推动长期发展。 • 经济效益提升：优化成本，提高效率，实现财务与社会价值双赢。
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实验与实践
设计与实施
• 实验设计原则：确保科学性，控制变量，重复实验以验证结果。 • 安全操作规程：佩戴防护装备，熟悉设备操作，遵守实验室规则，应急处理程序。 • 实验步骤精要：清晰步骤，安全优先，数据记录准确，分析与讨论要点。
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生物原理
• 分子识别：生物分子间的特异性结合基于精确的结构匹配。 • 结合机制：静电、氢键、疏水作用等力驱动分子间的特异性结合。 • 应用实例：抗体-抗原结合、酶-底物复合物等展示了特异性结合在生物过程中的关键作用。
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应用案例
医药行业
• 药物活性成分提取：高效提取技术，确保药物活性。 • 疫苗纯化：精密纯化过程，提升疫苗安全性。 • 应用案例：从原料到成品，分离与纯化技术在医药制造中的关键作用。
• 极性与非极性：极性分子间存在偶极-偶极相互作用，非极性分子主要靠伦敦分散力。 • 分子间相互作用力：决定物质的物理性质，如沸点、溶解度，是分离纯化技术的科学基础。
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化学原理
• 反应动力学：研究化学反应速率及影响因素，揭示反应机理。 • 化学平衡：探讨反应物与生成物浓度的动态平衡，介绍勒夏特列原理。 • 选择性溶剂：利用溶剂特性选择性溶解目标物技术
• 色谱分离：利用物质在流动相和固定相之间分配差异实现分离。 • 电泳：通过电场作用，依据粒子电荷和大小差异进行分离。 • 分子蒸馏：依据物质沸点差异，在减压条件下进行高效纯化。
分离科学IV-压力驱动分离技术
无机 陶瓷（Al2O3、ZrO2、TiO2、SiO2） 材料 金属（不锈钢、钛、钨、钼及合金） 微孔玻璃和碳化硅；炭材料
微滤膜材料
3 、混合纤维膜（CN‐CA）膜 膜性能较好，成本低，亲水性好，正常使用温度 75℃，可以热压灭菌（120 ℃，30min），适用于烃 类过滤，能够代替硝酸纤维素应用于制药工业及电 子工业液体过滤，也可用于生物化学、微生物学、 临床医疗诊断、水质、酒类、油料的检验分析等。 4、聚酰胺滤膜 膜性能好，成本较高，可以在室温下使用。能耐 碱，在酮、脂、醚及高分子醇中不易被侵蚀，但不 耐酸，可用于过滤弱酸、碱和一般有机溶剂，也可 用于电子工业抗蚀剂的过滤。
料液流经膜表面产生的高剪 切力可使沉积在膜表面的颗 粒扩散返回主体流，从而被 带出微滤组件 由于过滤导致的颗粒在膜表 面的沉积速度与流体流经膜 表面时由速度梯度产生的剪 切力引发的颗粒返回主体流 的速度达到平衡，可使该污 染层不再无限增厚而保持在 一个较薄的稳定水平。因此 一旦污染层达到稳定，膜渗 透速率就将在较长一段时间 内保持在相对高的水平上。 当处理量大时，为避免膜被 堵塞，宜采用错流设计
各向同性膜的化学结构、物理结 构在各个方向上是一致的，在所有 方向上的孔隙率都相似，亦称各向 同性膜
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2014/12/17
压力驱动膜分类
按材料分：有机聚合物膜、无机材料膜
膜材料特性
对于不同种类的膜都需满足如下基本要求：
耐压：膜孔径小，要保持高通量就必须施加较高的压 力，一般模操作的压力范围在0.1~0.5MPa，反渗透膜 的压力更高，约为1~10MPa 耐高温:高通量带来的温度升高和清洗的需要 耐酸碱：防止分离过程中，以及清洗过程中的水解；
压力驱动膜分离范围
分离科学与技术-01概论
分离科学与技术柳 仁 民1 概论 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 物质的过程的规律及其应用的一门学科。
分离：物质被分开的过程 组分离：性质相似的组分一起分离 单一分离：某一组分以纯物质形式分离 分离是一种假设的状态，相对的， 99.9%, 99.99% 分析化学中的分离：以定量分析为目的，分离干扰组分， 提高方法的专一性。
富集：低浓度组分浓集的过程 分析化学中的富集：将待测组分从大量基体物质中集中到 一较小体积溶液中，提高检测灵敏度。
预浓集：测定之前进行的分离过程。
分离与浓集往往是同时实现的1 2分离与富集的关系： 富集需要借助分离的手段，在分析过程中分离与富集往往 是同时实现的。
富集与分离的目不同，富集只是分离的目的之一。
纯化：通过分离操作使某种物质的纯度提高的过程。
纯度（purity）： 主组分含量高低或所含杂质多少的一个概念； 纯是相对的，不纯是绝对的； 不同目的对纯度的要求不同； 纯度越高，成本越高。
依据欲分离组分在原始溶液中的浓度不同，Rony用三个概念 表示，以示区别： 富集： 对摩尔分数小于0.1组分的分离 浓缩： 对摩尔分数处于0.1-0.9组分的分离 纯化： 对摩尔分数大于0.9组分的分离3分离科学是随着其它学科的快速发展，逐渐发展成为一门 相对独立的学科。
与人类生活、社会发展、科学技术进步及工农业生产联系 十分密切 古代：炼铜、冶铁、酿酒、制糖 现代：有机合成、石油炼制、金属冶炼、食品、制药、生命科 学研究、环境科学等 分离科学的重要性： 分离科学是其他学科发展的基础 化学的发展离不开分离富集： 元素周期表中各个元素的发现 人工放射性元素的获得 原子核裂变现象的最终确证，各种超铀元素的制备和合成 化学合成过程的分离 新化合物的结构确定4近年来生命科学的重要成就，与分离科学有着紧密联系： 基因组学 蛋白质组学 应用科学方面的发展： 矿产资源的开发离不开各种分离技术的应用 石油工业每一重要生产环节，几乎都离不开分离科学技术 原子能的利用是在解决了作为核燃料的铀和钚的提取以及 铀同位素分离获得成功之后，才得以蓬动发展 近代材料科学的研究，诸如超纯硅、锗及化合物半导体砷 化镓、磷化镓的制备提纯；高纯稀土及其化合物的分离提取 环境科学：三废处理 目前，分离科学成为自然科学和应用科学中的一个重要分支。
分离科学与技术
2.3 无机化合物萃取（了解）
无机萃取一般包括如下过程： （1）水相中的被萃取溶质与加入的萃取剂形成萃取物（通 常是配合物）； （2）在两相界面，萃合物因疏水分配作用进入有机相，最 终溶质在两相间达成平衡。
P’= He + Hd + Hn
Xe =He/P’ Xd = Hd/P’ Xn= Hn/P’
溶剂的质子接受强度分量 溶剂的给予强度分量 溶剂的偶极相互作用强度
两种溶剂中的P’值相同时，表明这两种溶剂的极性相同， 但若Xe大，表明接受质子的能力强，对于质子给予性物质的 溶解有较好选择性。
三个分量代表了溶剂对三种不同类型化合物的溶剂选择性 大小。
（1）平衡常数
Nernst 在1891年提出的溶剂萃取分配定律是：在 一定温度下，当某一溶质在互不相溶的两相溶剂(水相 /有机相） 中达到分配平衡时，该溶质在两相中的浓 度比为一个常数，该常数称为平衡常数（KD)。
KD
[ A]org [ A]aq
实验发现， KD是一个常数的条件是， 温度不变，溶质A在 溶液的浓度极低，且存在形式不变。溶质浓度高时， KD存 在偏离。应使用活度代替浓度计算。
选择一种极性溶剂和一种非极性溶剂，将二者按 不同比例混合，得到一系列不同极性的混合溶剂， 计算混合溶剂的极性参数p’；
研究目标物质在上述不同极性混合溶剂中的溶解 度，以最大溶解度对应的混合溶剂p’值可知溶质 的近似p’。
挑选具有不同选择性的另外一种极性溶剂替换原 极性溶剂，通过调整该极性溶剂的比例维持原p’， 从而找到溶解性和选择性都合适的溶剂。
分离科学与技术第2章 沉淀分离法
第二章 沉淀分离法
2.2 沉淀的生成过程 2.2.5 分级沉淀 分级沉淀：两种难溶盐（阳离子或阴离子相同），若 其溶度积相差足够大时，可通过加入沉淀剂将其先后分 别沉淀出来加以分离。 溶度积小的难溶盐先沉淀，如 AgI 较 AgCl 先沉淀。
第二章 沉淀分离法
2.2 沉淀的生成过程 2.2.5 分级沉淀
第二章 沉淀分离法
2.2 沉淀的生成过程 2.2.4 晶形沉淀与胶体 内因： 沉淀的性质
生成沉淀类型 外因
沉淀的形成条件
沉淀的后处理
沉淀类型：晶形沉淀、无定形沉淀、凝乳状沉淀
几种类型沉淀的比较 特点 直径 晶形沉淀 0.1~1 m 凝乳状沉淀 0.02~0.1 m 无定形沉淀 < 0.02 m
[I ] [Cl ] 6 6 10 , 10 [Cl ] [I ]
Ksp,AgI = [Ag+][I] = 9.31017 Ksp,AgCl = [Ag+][Cl] = 1.81010 当 [Cl]/[I] < 106 时，只有 AgI 析出； 当 [Cl]/[I] > 106 时，AgCl 才开始析出。
第二章 沉淀分离法
2.1 沉淀生成的条件 2.1.3 氢离子浓度及配位剂的影响 配位剂的影响： 难溶盐沉淀 + 配位剂 溶解度增大（或完全溶解）
第二章 沉淀分离法
2.1 沉淀生成的条件 2.1.4 有机溶剂的影响 有机溶剂的影响： 难溶盐沉淀 + 有机溶剂 溶解度减小（溶剂化作用较 小，介电常数较低）。如 PbSO4: 100 mL H2O: 4.0 mg, 100 mL 20% 乙醇: 4.0/10 mg 100 mL 乙醇: 4.0/1500 mg
第二章 沉淀分离法
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2. 沉淀为硫化物 溶液中H2S，约有数十种金属离子形成难 溶硫化物。
3. 沉淀为硫酸盐 Ca，Sr, Ba，Pb的硫酸盐难溶
例：Ba2+、Pb2+的分离 PbSO4溶于NH4Ac溶液
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பைடு நூலகம்
4. 沉淀为磷酸盐 Zr(Ⅳ)、Hf (Ⅳ)、 Ti (Ⅳ)、 Nb (Ⅴ)、 Ta (Ⅴ) 、Th4+、Sn4+、Bi3+等在强酸性溶液 [H2SO4(1+9)]中能生成磷酸盐沉淀。
(2) 酯类及含硫化合物水解生成沉淀剂
硫酸二甲酯水解： 用于Ba2+、Ca2+、Pb2+硫酸盐均相沉淀 硫脲、硫代乙酰胺水解：均相生成硫化物沉淀
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五、 常量组分的沉淀分离
(一)无机沉淀剂沉淀法 主要形式有沉淀为氢氧化物、硫化物、硫酸
盐、磷酸盐、氟化物、单质等。
1. 沉淀为氢氧化物 (1)用氨水作沉淀剂 (2)用NaOH作沉淀剂
分离科学与技术
Separation Science and Technique
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主要内容：
沉淀 蒸馏与挥发 溶剂萃取 离子交换与吸附 离子色谱 气相色谱 液相色谱 萃取色谱 超临界流体萃取 电化学分离 浮选分离 选择性溶解 膜分离 分离方法的选择
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目的要求：
了解各种化学分离富集方法的基本原理、及 实际应用。
(2) J.明切斯基著，陈永兆等译，无机痕量分析的分 离和预富集方法，地质出版社，1986
(3)王应玮，梁树权编著，分析化学中的分离方法， 科学出版社，1991
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绪论
一、 分离富集在分析化学中的作用
(1)样品中存在干扰物质； (2)待测组分在样品中分布不均匀； (3)待测痕量组分的含量低于测定方法的检测限； (4)没有合适的标准参考物质； (5)样品的物理、化学状态不适于直接进行测定； (6)样品本身剧毒或具有强放射性等等。
了解的内容： 液相色谱、萃取色谱、浮选分 离、超临界流体萃取、膜分离。
掌握的内容： 沉淀与共沉淀、蒸馏与挥发、 溶剂萃取、离子交换与吸附、离子色谱、 气相色谱、电化学分离、选择性溶解。
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参考书：
(1) 《化学分离富集方法及应用》编委会编著， 化 学分离富集方法及应用，中南工业大学出版社， 2001
尽量提高沉淀生成时的溶液温度，以加强共 沉淀物质的热运动，使之难以吸附
沉淀过滤后，用适当试剂溶解进行再沉淀
长时间加热反应溶液并随时搅拌，以促进其 陈化
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四、 均相沉淀
(1) pH上升及下降法 pH上升法：
最常用的是尿素水解法。 (NH2)2CO＝2NH3 ＋ CO2
pH下降法 过硫酸铵水解
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(二) 基体沉淀法 引起痕量元素损失的可能性很大，在痕量 分析中不太受欢迎。
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(三)有机沉淀剂沉淀法 优点： 沉淀吸附无机杂质少、选择性高；
分子量大，有利于重量法测定。
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六、 微量元素的共沉淀分离富集
(一)利用无机共沉淀剂分离富集
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1. 难溶氢氧化物 (1) Fe(OH)3
As, Be , Bi, Cr , Co, Ge, RE, Pb, Sn, Zr Mo, W
(2) Al(OH)3
(3) Be(OH)2 分离富集磷的较好试剂
2. 水合氧化锰
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(二) 利用有机共沉淀剂分离富集
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分离富集的目的在于消除干扰，并使待测痕量组分浓集。
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二、分离富集方法 (本课程主要介绍以实验室规模的分离技术)
物理分离法： 以被分离组分所具有的不同物理性质为依 据，采用物理手段进行分离。如：气体扩 散法，离心分离法，电磁分离法等。
化学分离法： (本课程内容)
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三、 分离方法的评价
1. 回收率(RT)
n Mm+ ＋ Xn－＝MnXm(固) 盐效应 氢离子浓度及配合剂的影响 有机溶剂的影响 温度的影响
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二、 沉淀生成过程 1. 核的生成和过饱和状态
溶液呈过饱和 状态是沉淀生 成的首要条件
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2. 沉淀的生成速度和颗粒大小
v K QS S
Q为沉淀生成前沉淀物质的过饱和浓度， S为沉淀的溶解度, (Q-S)/S为沉淀开始生 成时的相对过饱和度。 欲得到大颗粒的沉淀，必须减小相对过饱和 度。
RT
QT QT0
100 %
QT0和QT分别为富集前和富集后欲分离组 分的量。
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2. 富集倍数(F)
富集倍数： 欲分离组分的回收率与基体的回收 率之比。
F
QT QT0
/ QM / QM0
RT RM
QM0和QM分别为富集前和富集后基体的量；RM 为基体的回收率。
在多数分析过程中，一般要求F＝102～103，有时 要求F大于105。
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四、 分离富集技术的发展趋势
经典的分离富集技术在理论和实践上不断完善、发 展
色谱－当今研究最活跃、发展最快的分离技术 各种分离技术相互渗透，发展新的分离富集方法 分离富集技术与测量方法的有机结合 分离富集技术的机械化和自动化 发展化学形态分析的分离富集方法
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沉淀
一、 沉淀生成的条件 溶度积和同离子效应
3. 陈化
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三、 共沉淀
当沉淀从溶液中析出时，某些本来不应沉淀的组 分同时也被沉淀下来的现象，称为共沉淀。
(1) 共沉淀机理
吸附 生成混晶 包藏（吸留） 后沉淀
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(2) 避免共沉淀污染的措施 预先除去容易共沉淀的离子
生成共沉淀物质的离子浓度要尽量低
沉淀生成时，分次少量地加入沉淀剂并充分 搅拌溶液
Mg离子在氨性溶液中进行磷酸盐沉淀， 常用于镁的分离。
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5. 还原为金属沉淀 铂族元素和其它元素的分离时可用此法。 Pt，Pd，Rh可自HCl或H2SO4溶液中用Zn 或甲酸或甲酸钠完全还原而分离出来。
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6. 沉淀为氟化物 Ca2+、Sr 2+ 、Mg2+ 、Th4+ 、Sc3+，稀土 等能以氟化物沉淀而与其它金属离子分离， 常用HF或NH4F作沉淀剂 。