§6-3溶剂萃取分离法
第三章 溶剂萃取法分离稀土元素 稀土金属冶金 教学课件
1 中性络合萃取体系
• 特点：
➢ 萃取剂为中性萃取剂，如醇、脂、醚、中性磷萃取剂 ➢ 萃取剂与被萃组分依靠配位键组成中性络合物 ➢ 被萃组分以中性分子形态被萃取
• 举例：
(RO)3P=O:
NO3
TBP萃取硝酸稀土
NO3 RE :OP(OR)3
(RO)3P=O:
NO3
3TBP (org) + RE3+(aq) +3NO3- (aq) =RE(NO3)3 ·3TBP (org)
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1 错流萃取
• 定义：一份料液依次与多份有机相接触的萃取方式 • 萃取过程示意图：
S0
S0
S0
F0
1 F1
2 F2
3
S0
n
Fn（纯B）
S1
S2
S3
Sn
F0—萃取料液；S0—空白有机相
• 萃取计算：φA =[A]n/[A]F =1/(1+EA)n；
φB =[B]n/[B]F =1/(1+EB)n
喹啉，脂肪酸、异构酸、环烷酸等 – 胺类萃取剂：伯胺、仲胺、叔胺、季铵盐
• 常用萃取剂与稀释剂
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二、 萃取体系
• 萃取体系：被萃组分（含被萃物质的水溶液
）+萃取有机相（萃取剂+稀释剂+改性剂）
• 萃取体系的分类
1、中性络合萃取体系 2、酸性络合萃取体系 3、离子缔合萃取体系 4、协同萃取体系
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2 酸性络合萃取体系 • 特点
➢ 萃取剂为酸性萃取剂：酸性磷萃取剂、羧酸萃取剂、螯 合萃取剂等
溶剂萃取法操作规程
溶剂萃取法操作规程溶剂萃取法是一种常用的物质分离技术，广泛应用于化学、生物、环境等领域。
在进行溶剂萃取法操作时，需要遵循一些规程以确保实验的顺利进行和结果的准确性。
下面是溶剂萃取法操作的一般规程：1. 实验前的准备：（1）仔细阅读实验操作指南和相关文献，了解所要分离的物质的性质和操作流程。
（2）检查所使用的设备和器材是否完好，并保持清洁。
（3）准备所需的试剂和溶剂，并确保其纯度和保存状态。
（4）佩戴实验防护设备，如实验手套、护目镜等。
2. 样品的准备：（1）根据实验要求，将待分离物质进行适当的前处理，如破碎、粉碎、溶解等。
（2）根据不同的实验目的，选择合适的试剂和溶剂，将样品溶解在溶剂中。
3. 萃取液的制备：（1）根据实验的需要，选择合适的有机溶剂和水相溶剂，并在试管或烧瓶中混合。
（2）根据实验要求，调整萃取液的pH值，可以使用酸碱溶液进行调整。
4. 萃取操作：（1）将样品溶液添加到萃取液中，摇匀混合。
（2）根据实验要求，冷却或加热反应体系，控制溶质的分配行为。
（3）静置一段时间，使两相之间分相，并待两相分离。
5. 分离和收集：（1）使用分离漏斗或离心机等工具，将两相分离。
（2）根据实验需要，分离出有机相或水相，并将其收集至不同的容器中。
6. 萃取溶剂的回收：（1）对于有机溶剂，可以进行蒸馏回收，以减少溶剂的消耗和对环境的影响。
（2）对于水相溶液，可以进行浓缩或其他方法进行溶剂的回收。
7. 清洗和处理废液：（1）清洗使用过的玻璃仪器和设备，确保下次实验的准确性。
（2）处理废液时，必须按照环保要求进行处理，以避免对环境造成污染。
8. 实验记录和数据处理：（1）详细记录实验条件、操作步骤、结果等相关信息，并做好标记和编号。
（2）对实验结果进行分析和处理，计算各分析物的相对含量或其他物理化学参数。
9. 实验后的清理和整理：（1）将实验室设备和器材清理干净，并恢复原样。
（2）将实验结果和数据整理好，并准备实验报告和相关文献资料。
第三章 溶剂萃取法
[I2]O KD = D = ——— [I2]W 不符合分配定律的体系：KD≠D 分配比除与一些 常数有关以外，还与酸度、溶质的浓度等因素有 关，它并不是一个常数。
分离与富集方法介绍
例如：
醋酸在苯—水萃取体系中
• 在两相间的分配： [CH3COOH] W ====[CH3COOH] O • 在水相电离： CH3COOH ====CH3COO- + H+ • 在苯相中缔合： 2CH3COOH（O）====(CH3COOH)2(O)
分离与富集方法介绍
一、萃取分离法的基本原理
利用化合物在两种互不相溶（或微溶）
的溶剂中溶解度或分配系数的不同，使化
合物从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中。
经过反复多次萃取，将绝大部分的化合物
提取出来。
分离与富集方法介绍
1．萃取过程的本质 就是将物质由亲水性转化为疏水性的过程。
２、萃取物 亲水性物质：离子型化合物，易溶于水而难溶于 有机溶剂的物质。如无机离子，含亲水基团OH,-SO3H,-NH2…的物质。 疏水性或亲油性物质：共价化合物，具有难溶于 水而易溶于有机溶剂的物质。如许多有机化合物， 酚酞，油脂等（含疏水基团-CH3,-C2H5,苯基等）
[OsO4]O + 4[(OsO4)4]O
分离与富集方法介绍
（3）分配系数与分配比关系
• 当溶质在两相中以相同的单一形式存在，且溶液较 稀，KD＝D。否则KD≠D。 • 分配系数与萃取体系和温度有关，而分配比除与萃 取体系和温度有关外，还与酸度、溶质的浓度等因 素有关
分离与富集方法介绍
（4） 萃取百分率
分离与富集方法介绍
有机化合物在有机溶剂中一般比在水中溶解
度大。用有机溶剂提取溶解于水的化合物是萃
萃取分离法的操作流程
萃取分离法的操作流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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第6章、溶剂萃取、双水相萃取和超临界萃取法
式中[A有]——物质A在有机相中的平衡浓度 [A水]——物质A在水相中的平衡浓度。
严格地说，只有当溶剂A在水溶液中的浓度极 低，并在两相中的分子型体相同时，KD在一 定温度下才是常数。而与溶质在整个体系中 的总浓度无关。但在分析实践中，溶质在溶 液中的浓度往往相当大，因此(1)式常发生偏 高，在此情况下，分配系数应以溶质A在两相 中的活度之比PA表示：
第六章 溶剂萃取、双水相萃取和超临界萃取法
基本原理； 溶剂；无机萃取体系的分类； 萃取条件的选择； 萃取分离操作； 逆流萃取；双水相萃取；超临界萃取；固相微萃 取(SPME)技术；反胶束萃取；凝胶萃取。 重点：溶剂、萃取条件的选择和超临界萃取、固 相微萃取技术。
§1. 基本原理
萃取过程的本质
无机盐类溶于水中并发生离解时。便形成水合离子。 如Al(H2O) 63+、Zn(H2O) 42+ 、 Fe(H2O)4Cl4-等，它们易溶于水而难溶于有机溶剂。 这种性质称为亲水性。许多有机化合物(油脂、萘、 蒽等)难溶于水而易溶于有机溶剂，这种性质称为疏 水性。如果要从水溶液中将某些无机离子萃取至有 机溶剂中，必须设法将其亲水性转化为疏水性。因 此萃取过程的本质，是将物质由亲水性转化为疏水 性的过程，其起作用的是萃取剂反应基团的活性。
式中[A]有和[A]水分别代表溶质A在有机相 和水相中的不同化学型体的总浓度。
三、分离系数(分离因数)
在同一体系中有两种溶质A和B，它们的萃取常数分别的为DA 和DB，这两个数的比值称为分离系数(β)
β=l，即DA = DB ，表明A和B不能分离。
β>l，即DA > DB ，表明A和B可分离，而β值越大，分离效 果越好。
溶剂萃取分离法
溶剂萃取分离法萃取分离法包括液相-液相、固相-液相和气相-液相等几种方法，但应用最广泛的为液-液萃取分离法(亦称溶剂萃取分离法)。
该法常用一种与水不相溶的有机溶剂与试液一起混合振荡，然后搁置分层，这时便有一种或几种组分转入有机相中，而另一些组分则仍留在试液中，从而达到分离的目的。
溶剂萃取分离法既可用于常量元素的分离又适用于痕量元素的分离与富集，而且方法简单、快速。
如果萃取的组分是有色化合物，便可直接进行比色测定，称为萃取比色法。
这种方法具有较高的灵敏度和选择性。
一、萃取分离的基本原理(一)萃取过程的本质根据相似相溶规则，将物质由亲水性转化为疏水性。
极性化合物易溶于极性的溶剂中，而非极性化合物易溶于非极性的溶剂中，这一规律称为“相似相溶原则”。
例如I2是一种非极性化合物、CCl4是非极性溶剂，水是极性溶剂，所以I2易溶于CCl4而难溶于水。
当用等体积的CCl4从I2的水溶液中提取I2时，萃取百分率可达98.8％。
又如用水可以从丙醇和溴丙烷的混合液，萃取极性的丙醇。
常用的非极性溶剂有：酮类、醚类、苯、CCl4和CHCl3等。
无机化合物在水溶液中受水分子极性的作用，电离成为带电荷的亲水性离子，并进一步结合成为水合离子，而易溶于水中。
如果要从水溶液中萃取水合离子，显然是比较困难的。
为了从水溶液中萃取某种金属离子，就必须设法脱去水合离子周围的水分子，并中和所带的电荷，使之变成极性很弱的可溶于有机溶剂的化合物，就是说将亲水性的离子变成疏水性的化合物。
为此，常加入某种试剂使之与被萃取的金属离子作用，生成一种不带电荷的易溶于有机溶剂的分子，然后用有机溶剂萃取。
例如Ni2+在水溶液中是亲水性的，以水合离子Ni(H2O)62+的状态存在。
如果在氨性溶液中，加人丁二酮肟试剂，生成疏水性的丁二酮肟镍螯合物分子，它不带电荷并由硫水基团取许代了水合离子中的水分子，成为亲有机溶剂的硫水性化合物，即可用CHCl3萃取。
(二)分配系数设物质A在萃取过程中分配在不互溶的水相和有机相中：A有= A水在一定温度下，当分配达到平衡时，物质A在两种溶剂中的活度（或活度）比保持恒定，即分配定律可用下式表示：K D=[A]有/[A]水式中K D称为分配系数。
萃取分离
D = C I2, o =
[ I 2]o
=
KD
C I2, w
[ I 2]w + [I3-]w
1 +K [ I - ]w
可见: 分配比D随[ I- ]W而变!
3. 萃取率E（萃取效率）
E
A在有机相中的总量 A在两相中的总量和
C A,O VO
DVO
C A,O VO C A,W VW DVO VW
D
• 在上述的例子中，
碘＋水
CCl4
碘＋CCl4；水
• 选用的CCl4——既是萃取溶剂，同时也是萃取 剂。
• 萃取剂——在水中加入某种试剂，使被萃物质与试
剂结合成不带电荷的、难溶于水的分子。这种试剂称萃
取剂。
• 萃取溶剂——主要起改善有机相物理性质的作用。
• 有时有机相由两种溶剂组成，一种是萃取溶剂， 另一种是萃取剂。
校正：若浓度较高（I ≠ 0），则应校正 I 的影
响，即用活度比PD代替浓度比KD。
PD
o w
o[ A]o w[ A]w
o w
KD
只有在稀溶液中，两相中的活度系数为1，此时 KD=PD.
• 讨论：
• 1）不同溶质在不同的溶剂中具有不同的 K 值；
• 2）K 值越大表示该溶质在有机相中的溶解度 越大；
(2) 中性配合萃取体系
• 关键词：中性 • 特 点：中性的萃取剂与中性的被萃物结合生成中性
的配合物。
• 中性配合的萃取剂的分类： – 中性含磷萃取剂：膦酸酯、次膦酸酯、膦氧化物、 焦膦酸酯等； – 中性含氧萃取剂：包括酮、醚、醇、酯和醛等； – 中性含氮溶剂：如吡啶类 – 中性含硫萃取剂：二甲亚砜、二苯基亚砜等
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。
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萃取过程的本质是将物质由亲水性变为疏水性的过程。
2、分配系数和分配比
一定温度下，溶质A在水相和有机相达平衡 A(水) A(有)
[A]有 [A]水
=
KD
——分配定律. KD叫分配系数，只与温度有关。
分配定律适用条件：
×
DA
−
)
1 2
<例> DA=1000 DB=0.1 CAO=CBO
Vr=(1000×0.1)-1/2=0.1 EA= 99% EB=1%
二、溶剂萃取的类型和萃取条件
金属离子与萃取剂结合的方式不同，可分为三类：
1. 形成螯合物萃取
螯合剂为有机酸，形成的螯合物不溶于水。
HL 有
MLn
水 ① KDHL HL
(2) 如果A为有机酸，在水中发生离解
HA 有 水
HA
H+ + A-
[ ] [ ] D = (c HA )有 = [ ] [ ] (c HA )水
HA 有 = K Dδ HA = K D
HA 水
H+
+
H
+ Ka
δ HA
当[H+]>Ka 时
D=KD
有机弱酸(碱)萃取，注意溶液的pH值。
(3) A在有机相中聚合
（1）稀溶液，此时可用浓度代替活度。
（2）A在两相中均以单一形式存在，无其它副反应。
(cA )有 (cA )水
=
D
D 叫分配比，当在两相中以单一形 式存在，溶液又稀时 KD=D 。
(1) 在水相中络合，非单一形式存在：
<例> 当I-浓度较大时，I2在水中以两种型体存在
I2+I-（过）=I3- β =102.9
[H + ]水
=
Ka[HL] [L] 水
水
n+
[M ]
水
[ MLn ]
=
n
[L] 水
水
βn
[MLn]有=K D,MLn[MLn ]水
得
K ex
=
K D ,MLn
β
n
(
K K
a , HL
D , HL
)n
D=
(c MLn ) 有 (c MLn ) 水
=
[MLn ]有 [M n + ]水 + [MLn
]水
如 HAc在苯中以二聚体形式存在，在水中发生离解。
K2
有 2HAc
（HAc）2
水 HAc
H++Ac-
[(HAc)2 ]有 [HAc]2有
=
K2
D
=
(cHAc )有 (cHAc )水
=
[HAc]有 + 2[(HAc)2 ]有 [HAc]水 + [Ac− ]水
=
[HAc]有 + 2K2[HAc]2有 [HAc]水
) 1
n
m1 m2 分别为第一、二次萃取的残留量。
多次萃取的萃取率
E
=
(1 −
qn
) ×100%
=
[1 −
(
1 DVr
)n +1
]×100%
<例> 10.0 mL含I2 1.00 mg 的水溶液，用CCl4 9 mL
萃取，D=85，求一次、三次萃取的萃取率。
解： 一次萃
取：
E
=
DV r DVr +
=
[MLn ] 有 [M n+ ]水
从 * 式中得
[ML n ]有 [M n+ ]水
= K ex
[HL ]n有 [H + ]n水
D
=
K ex
[HL ]n有 [H + ]n水
D
=
K
D,MLn
×
βn
×
(
K a,HL K D,HL
)n
×
[HL]n有 [H+ ]n水
若只考虑水相中 M 与 L 发生副反应及有机相中
I2在水和CCl4中达平衡时 有
水
β
I2+ I-
I3-
D=
(cI2 )有 (cI2 )水
=
[I2
[I2 ]有 ]水 + [I3−
]水
= [I2 ]水
[I2 ]有
+ β[I2 ]水[I− ]水
=
[I
2
]水
[I2 ]有
(1+ β[I−
]水
)
=
K
D
1
+
1
β[I
−
]水
=
KD
α I2 (I− )水
当[I-]水<10-3 mol/L 时 KD=D
1
×
100
%
=
85 × 9
85 ×
10 9+
1
× 100
%
=
98 .7 %
10
三次萃取：
qn
=
q13
=
(
1 DVr
)3 +1
=
1 85 × 3
10
3 +1
=
5.4 ×10−5
E=1-q3 ≈ 100%
不是多次萃取都可达到100%，E只能达到一个极
值。
4、两种物质的分离
A, B两种物质对同一种溶剂的分配比为DA 和DB
分离因素：
S
=
DA DB
（初始浓度相等）
S = DACAo DBCBo
（初始浓度不等）
一般lgS≥6 常量组分定量分离，E 达99.9%
lgS≥4 微量组分定量分离，E 达99%
两种物质的最佳分离条件为
CB0 CA0
×
DB
即可通过调节Vr来满足最佳分离条件
×DA ×Vr2
(
C C
B A
0 0
×
=1
DB
单次萃取：
(mA )有 (mA )有 + (mA )水
=
(cA )有V有 (cA )有V有 + (cA )水V水
分子分母同除以(cA)水V水 ，令
V有 V水
= Vr
,
Vr称相比
PA=
DVr DVr +1
E 与D和Vr有关
qA=1-PA=
1 DVr +1
当Vr=1时 当D=10时
D 1000 100 10 1
δHAc
= KDδHAc (1+ 2K2KD[HAc]水 )
D 除与一些常数有关外，还与酸度、溶质的浓度等 有关，D 不是一个常数。
3、萃取率
表示萃取的完全程度
E
=
溶质A在有机相中总量 溶质A的总量
× 100%
萃取分数 PA：A在有机相中的量占总量的分数，E=PA×100%
残留分数 qA：A在水相中的量占总量的分数， qA=1-PA
§6-3 溶剂萃取分离法
沉淀分离法是将某组分从液相转入固相的过程。
溶剂萃取分离法是用一种有机溶剂，把某组分从一个液相 (水相)转移到互不相溶的另一个液相（有机相）的过程。
一、基本原理
1.萃取过程的本质
亲水性：易溶于水而难溶于有机溶剂的性质。金 属离子在水中形成水合离子，具有亲水 性，亲水基团有- OH、-SO3H、-NH2。
E 99.9
99
91
50
一次萃取分析要求 D > 100
Vr
0.1
1
10
E
50
90
97
增加 Vr 的缺点
(1) A到有机相中浓度稀了 (2) 有机溶剂消耗量大
因此可采取在有限溶剂下多次萃取的办 法。
固定Vr
q1
=
qA
=
m1 m总
q2
=
m2 m总
=
m1qA m总
= qA2
qn
=
q1n
=
(
1 DVr
+
KDMLn
④
② KaHL ßn
M n+ +nL
+
③
MLn
H+
nHL(有) + Mn+(水）
Kex
MLn(有) + nH+（水）
H K ex
=
[ ML n ]有 [ + ]n 水 [ M n + ]水 [ HL ]n 有
*
从① 平衡得 : 从② 平衡得 :
从③ 平衡得 : 从④ 平衡得 :
[HL] 有=K D,HL[HL] 水