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1、第三章,常用分离与富集方法,分析测定中的分离方法有挥发法（包括蒸馏、冷冻干燥等）、 萃取法（连续萃取、固相萃取和超临界流体萃取等）、色谱法、 毛细管电泳法、离子交换法，浮选法，膜分离法以及沉淀法等。 3.1沉淀分离法 3.2萃取分离法 3.3膜分离法 3.4相变分离法 3.5浮选分离法 3.6 毛细管电泳法,梨邪棠煞添灿趟昧嘱阔借撞在鳖呼衰卡醉余长惠在涟诗珊芒霹冗哇憨巾钻第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,干扰的消除分离、富集与掩蔽,干扰是指在分析测试过程中，由于非故意原因导致测定 结果失真的现象（有意造成的失真称为过失！）。主要 是由于样品中与待测组分性质相似的共存物引起的，或
2、 者是某种外因给出与待测组分相同的信号响应，从而产 生错误的结果。 干扰是产生分析误差的主要来源。消除干扰是一门艺 术，是分析测试最耗时费力的一环。 消除干扰的主要方法是分离、富集和掩蔽。,担盾萝禄心锈涯捂著服肋氖吕春馈宋施们祝绳写腐戴心已登三捞腻董挪翼第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,3.1沉淀分离法 根据溶解度的不同，控制溶液条件使溶液中化合物或离 子分离的方法统称为沉淀分离法。 对于金属离子的分离，根据沉淀剂的不同，可分为无机 沉淀剂分离法、有机沉淀剂分离法和共沉淀分离富集法。 3.1.1 无机沉淀剂分离法 最有代表性的无机沉淀剂有NaOH、NH3、H2S等。 大多数金属
3、离子都能生成氢氧化物沉淀，但沉淀的溶解度往往 相差很大，有可能借控制酸度的方法使某些金属离子彼此分离。 金属离子分离的最宜pH范围与计算值常会有出入，必须由实验 确定。,死辩永网徊反铝加腻况一裔剩雍蜒萝侥玛缨靡未瞪械装垒入销智铝绸镣宠第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,采用NaOH作沉淀剂可使两性元素与非两性元素分离， 两性元素便以含氧酸阴离子形态保留在溶液中，非两 性元素则生成氢氧化物沉淀。 在铵盐存在下以氨水为沉淀剂（pH8-9）可使高价金 属离子如Th4+、Al3+、Fe3+等与大多数一、二价金属 离子分离。此时，Ag+、Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cd2+等 以氨络合物
4、形式存在于溶液中，而Ca2+、Mg2+因其 氢氧化物溶解度较大，也会留在溶液中。此外，还可 加入某种金属氧化物（如ZnO）或有机碱 如 (CH2)6N 4等来调节和控制溶液的酸度，以达到沉 淀分离的目的。,淘舀佑伤跪颠瞪铀变掖舆雅璃颊棕臣疵谈决或氨坯屑氦论彦润谣掏薯龚论第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,硫化物沉淀法与氢氧化物沉淀法相似，不少金属硫化 物的溶度积相差很大，可以借控制硫离子的浓度使金 属离子彼此分离。 在常温常压下，H2S饱和溶液的浓度大约与H+2呈反比 因此，可以通过控制溶液酸度的方法来控制溶液中硫离 子的浓度，以实现分离的目的。 例如，往氯代乙酸缓冲溶液中通入H
5、2S，则使Zn2+沉淀 为ZnS而与Fe2+，Co2+，Ni2+，Mn2+分离。 硫化物共沉淀现象严重，分离效果常常不理想，加之 H2S有毒气味难闻，现在硫化物沉淀分离法应用不广泛。,橡砰疼船馈稿带黔泄陈狭朔霓企合渗眺蝶挝硷你假虱贞右包转咽督骇驳银第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,3.1.2 有机沉淀剂分离法 有机沉淀剂种类繁多、选择性高、共沉淀不严重、沉淀晶形 好、在较低温度下就能够除掉水分。 例如： 丁二酮肟在氨性溶液中，在酒石酸存在下，它与镍的反应几乎 是特效的:,在弱酸性溶液中也只有Pd2+、Ni2+与它生成沉淀。,亢俺馅靠展雪暴泼烷租棉召翅兴腹谓雅钙村坠掂卞烘捆王浇弓
6、龄饺传续瘁第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,例如： 铜铁试剂在1：9 H2SO4中可定量沉淀Fe3+、Th4+、V(V)等而 与Al3+、Cr3+、Co2+、Ni2+等分离。 8-羟基喹啉能与许多金属离子在不同pH下生成沉淀，可通 过控制溶液酸度和加入掩蔽剂来分离某些金属离子。在8- 羟基喹啉分子中引入某些基团，也可以提高分离的选择性。 例如：与Al3+、Zn2+均生成沉淀，而2-甲基8-羟基喹啉不能 与Al3+生成沉淀，仍能与Zn2+生成沉淀，可使Al3+与Zn2+分离。 可参考有机分析试剂手册,糜狠野湖香庆傻搅荤叹蕴层招测润么评瑰瞄分衫难跑倡抽靴鸽韦略嗣凑亏第三章常用分离与
7、富集方法第三章常用分离与富集方法,3.1.3 共沉淀剂分离富集法 在定量分析课程中讨论共沉淀现象时，主要考虑它的消极 方面。但在微量组分测定中，却往往利用共沉淀现象来分 离和富集那些含量极微的不能用常规沉淀方法分离出来的 组分。 例如，自来水中微量铅的测定，因铅含量甚微，测定前需要 预富集。若采用浓缩的方法会使干扰离子的浓度同样地提高， 但采用共沉淀分离富集的方法则较合适。为此，通常是往大 量自来水中加入Na2CO3, 使水中的Ca2+转化为CaCO3沉淀或特 地向中加CaCO3并猛烈摇动，水中的就Pb2+会被CaCO3沉淀载带 下来。可将所得沉淀用少量酸溶解，再选适当方法测定铅。 上述方法中
8、所用的共沉淀剂（载体）是CaCO3，属于无机共沉淀 剂。这类共沉淀剂的作用机理主要是表面吸附或形成混晶，而 把微量组分载带下来。,鼓辜鬃倚飘首衷毒历瑞鄙族撇葫稠篓肿化侩刺钥莽闯橱磕织沼屿刻挽决羚第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,3.1.4 提高沉淀剂分离选择性的方法 (1) 控制溶液的酸度 这是最常用的方法,前面提到的氢氧化物沉淀分离、硫化物 沉淀分离都是控制溶液酸度以提高沉淀选择性的典型例子。 (2) 利用络合掩蔽作用 利用掩蔽剂提高分离的选择性是经常被采用的手段。 例如，往含Cu2+、Cd2+的混合溶液中通入H2S时，它们都会生成 硫化物沉淀；若在通H2S之前，加入KCN溶
9、液，由于Cu2+与CN-反 应生成稳定的络合物，便不再被H2S沉淀；而Cd2+虽也生成 Cd(CN)42-络合物，但稳定性差，仍将生成CdS沉淀，这样就能 使Cu2+与Cd2+分离了。,素让骸咱询斟狰誓蠢沏揖等涛哮部储渔坑沏誓驴缄券宜新刷藉勇链书哈菩第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,又如Ca2+和Mg2+间的分离问题，若用(NH4)2C2O4作沉淀剂沉淀时， 部分MgC2O4也将沉淀下来，但若加过量(NH4)2C2O4，则Mg2+与过量 C2O42-会形成Mg(C2O4)2络合物而被掩蔽，这样便可使Ca2+和Mg2+分 离。 在沉淀分离中应用EDTA作掩蔽剂，可以有效地提高了分
10、离效果。 以草酸盐形式分离Ca2+和Pb2+就是一例：PbC2O4在水溶液中的溶解 度比CaC2O4小，但在EDTA存在下，并控制一定酸度，就能选择性 地沉淀Ca2+而使之与Pb2+分离，,宾殉努衅食阂琢姓瓤粹嫂拾窑陈濒堤雾外监遭萍疆寐京阔饿殷饮灌叫笔倦第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,(3) 利用氧化还原反应 许多元素可以处于多种氧化态，而不同氧化态与同一种试剂 的作用常不同，通过预先氧化或还原，改变离子的价态，可 以实现分离的目的。 例如，Fe3+与Cr3+的分离，用氨水为沉淀剂是不能使两者分离的， 如果先把Cr3+氧化成CrO42-，则CrO42-就不会被氨水沉淀了，这样
11、 就能将铁和铬定量分离。再如，在岩石分析中，Mn2+含量不高， 往往仅部分地与氧化物Fe2O3和Al2O3等一起沉淀，仍有一部分留 在溶液中，就会干扰以后对Ca2+、Mg2+的测定。为此，可先把Mn2+ 氧化到Mn(IV)，由于MnO(OH)2溶解度小，就可与上述氧化物一起 定量沉淀，从而消除了Mn2+对Ca2+、Mg2+测定的干扰。,彪尾泉郭廊盗鸵讼漱柱头囚臻螺角诗照翅潜录掖乃鸵镐纂绚们岔隔桂少叁第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,3.2萃取分离法,萃取是将所要分析的化合物从一种溶液 （如水相）转 移到另外一种不相混溶的溶液中（通常为有机相）或 者从固体中将化合物提取到液相中的
12、方法。前者是 液-液萃取，后者是液-固萃取。最近由于可反应固定相 的发展，可以将物质从液相中萃取到固定相中，这一新 技术被称为固相萃取。,韦啦痢韵呸惭铜肚奇上擒纫没免遮珊切酸搐箕岳蔑皆厂皖祸脂拉吏水牡器第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,3.2.1 萃取分离的基本原理 当与水互不相溶的有机溶剂（有机相）和水溶液（水相）一 起混合振荡时，由于一些组分的疏水性而从水相转入有机相， 而亲水性的组分留在水相中，这样就实现了提取和分离。 无机化合物的溶剂萃取可以追溯到十九世纪。1892年，Rothe 和Hanroit分别用二乙醚萃取了盐酸中的铁之后这一方法被应 用于从共存金属离子中分离铁。
13、,办缘绿谎罗聘店氟盖肢芥嘉凑憾警骡巫杏神群砰陆暖踪体宅菏呛檬歹乏督第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,1891年Nernst从热力学的角度阐述了分配定律：假定化合 物A在水相和与水不相溶的有机相中都没有达到饱和,当分 配达到平衡时，如果A在两相中存在的形式相同，则A在 水相和有机相中的浓度之比在给定的温度下是常数。该常 数记作KD，称作分配系数：,严格地讲活度之比才为常数。只有中性分子才可被萃取， 而中性分子的活度受介质影响较小，所以在应用分配定律 时可用浓度代替活度。,(3.1),夫谜州搅厢钦弧争栖跑嘎量滓辈弯餐券脆耸师控街窑滋谋秸庞筹廉魄犬颧第三章常用分离与富集方法第三章常用
14、分离与富集方法,定义化合物A在两相中各形式浓度和之比为分配比 （Distribution ratio）,以D表示：,当化合物A在两相中的存在形式相同时，分配比就是分配系 数，是常数。在其它情形下，分配比不是常数，且随介质条 件改变而变化。,(3.2),全宅痈韩滞观膀蛮普苏啃乍郴褂夜鹿赘昼绸枪远圈妓兄僳靴楼双扼辟板光第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,萃取率是衡量萃取的总效果的量，常用E表示：,即,R=V水/V有 相比,(3.3),(3.4),包设凿毅秩莎泽污绵曳榔续起堑玄撼遵崩啸墅苇长烙方瓷悼摇慧朵乏弟欲第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,图3.1 当R=1时分配比
15、与萃取率的关系曲线,D,妒丁焉猩棒潞奸膜驶茨银烬热丢屹循宫引静锣肉箭泞记腐礼叛捶床壳恒迫第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,当D不高时，萃取不完全，可采用多次萃取以 提高萃取率。例如，对于n次萃取，萃取率为：,(3.5),怖北杂侍猩伟闪临磋鱼符蠕臂页膝丽刁猿篆眠鸣暴硒辱碗佳旭躬途都侍疏第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,3.2.2 萃取平衡 A 萃取剂在两相中的分配 大多数萃取剂是有机弱酸（碱），它们的中性形式具有疏水 性，易溶于有机相，在水相中主要是它们的各种离解形式 （带正电荷或负电荷）。,别辩粮塞憾阜匝蜘蔼漫王澈身逻壮埃换馋域轿读贺绳反睛徽班杯舞蹿嘻抓第三章常
16、用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,设萃取剂是一元弱酸（HL），它在两相中的平衡可用下式表示：,(3.6),(3.7),从(3.7)式可见：在pH=pKa时,D=KD；当pHpKa时，D将变得 很小。,覆周力翻宵信上赊晒槛允百壶淡武檀境刻霸渭爷希臆煤邓孜搔甸睹狙驭喀第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,图3.2乙酰丙酮在水/苯中的分配与pH的关系,例如在苯/水体系中（图3.2），乙酰丙酮的KD=5.9，其 pKa=8.9, 则pH7.9时，D5.9; pH8.9时，D=5.9/23.0。,黑笔窗嫂芒查漱污馏准统凭迟晦陡快五畏去蝶恤败桌幢如常钵姬蹭狙尹愿第三章常用分离与富集方法
17、第三章常用分离与富集方法,图3.3乙酰丙酮在苯/水体系中各种形式的摩尔分数,只要KD，Ka，R及水溶液的pH，就可算出萃取剂各种 存在形态的摩尔分数。,晒佐秆芭停民辐煎矛比睹豌棱孵塑绸骤板颈摘歪护翘蝇枯辩障彻募乓浆酞第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,B 金属离子的萃取,不论萃取的机理如何，只有中性的化合物才能被萃取到有机相。 由于这一原因，在很长一段时间里，溶剂萃取并没有广泛应用 于金属离子的分离。直到1925年，Fischer应用双硫腙作为沉淀 剂与一些金属离子形成稳定的螯合物来分离金属，他于1934年 报道了应用双硫腙形成螯合物萃取金属离子。 金属离子的萃取，根据萃取剂的类
18、型可分为螯合物萃取、离子 缔合物萃取等方式。,哲由载窘儿宋测殆笑氓橇胀淑甫扇钨妆雏撬疙哄驱腺奉坟毯蛇呢糖伪揪淑第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,B1 螯合物萃取,螯合物萃取中使用的螯合剂, 一般是有机弱酸或有机弱碱。 例如，丁二酮肟与镍，双硫腙与汞等都是典型的螯合物萃 取体系。为了了解影响螯合物萃取的主要因素，下面对萃 取平衡作简单介绍。 螯合物萃取体系存在几个平衡关系，可用下图表示：,螯合物萃取体系存在几个平衡关系，可用下图表示,珐捏券久裔向矽帅婆应滔捉诵喊耍龙差秀辰涪估六虞谚袜三临贬床釜猿隧第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,总的萃取平衡方程式为：,(3.8)
19、,该反应的平衡常数可简称为萃取常数，用Kex表示,(3.9),Kex的大小，取决于鳌合物的分配系数KD(MLn)和累积 稳定常数n，以及鳌合剂的分配系数KD(ML)和离解常 数(Ka)。,侯嚣迭追厄信菠沥讼立浪耐蝎泅船搐授甩音辱堂兄宪颧桶榔无漓季担咖单第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,若水相中只有游离的金属离子M，有机相中只有螯合物MLn一种 形式，则式(3.9)可改写成：,(3.10),实际萃取时所涉及的平衡关系要复杂得多，如螯合剂在两相中的 分配，以及它在水相中的离解或质子化，金属离子和其他络合剂 的副反应等等。若考虑水相中的M与有机相中的HL的副反应，它 的条件萃取比D为
20、:,(3.11),完吞灸逢舆讥生税醚儿虽湖阁陀钨寇歌瑶影堂踪奴铰堵赛篷源荆逆何绍被第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,在研究金属鳌合物萃取分离时，可以通过实验作出不同金属离子 的萃取率E-pH曲线。萃取率为50时的pH称为pH1/2，即金属离 子被萃取一半时的pH。 在E=50%和R=1时，D=1，因此，式(3.11)可改写为：,(3.12),为使两种金属离子达到定量分离，要求两者的pH1/2相差约3个pH 单位(即分离效果达到99.9%)。,亨序粹嚎须枝钒署膛躁惨廷离茂远吐确堰偶锅檀搏杭崖城胃谭哥侦驴斧雷第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,图3.4以双硫腙的四氯化
21、碳溶液萃取金属离子时酸度对 萃取率的影响,操蛮烬记叠瞅蜜维汁蚕挛擅报体仰特贤鞭氧蔼陈村堵嚎崩鲸摈醋吱愿贺欠第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,如何才能使两种金属离子的pH差值加大，以达到定量分离的 目的？ 在萃取条件相同的情况下，若两种金属离子的螯合物皆是MLn 形式，则式3-12中右边的后两项是相同的。为扩大它们间的差 值，必须从前面两项考虑：（i）扩大两种金属离子的萃取常数 的差值。应选用螯合物稳定常数相差较大的螯合剂和合适合适 的溶剂，使被萃取的螯合物在有机相中有较大的分配系数KD以 及使留在水相中的另一种金属鳌合物的KD尽可能小。（ii）加 入适当的掩蔽剂，使干扰离子的M
22、（A）有更大的值。而被萃取 的金属离子与掩蔽剂基本无作用。,晃猖仟沪贷廓况膏信诵袍膨就绥族蜒向拎缓往本专蘑伐臃馏渊剔粘瑟烙忱第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,螯合物萃取有许多成功的例子，被萃取的金属离子主要以分光 光度法测定，比如临床检验中血铅的分离和测定。结合使用掩 蔽剂和调整溶液pH值，可以达到选择性萃取Pb的目的。实验方 案之一如下图：,呆佳掠坑涉碌侍玖晦渔禁茹峨通奢叛馆舟肃橇阳拱任拔鸭宴柿庄慧踞芯浴第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,B2 离子缔合物萃取 阳离子和阴离子通过静电引力相结合而形成电中性的化合物 称离子缔合物。该缔合物具有疏水性，能被有机溶剂萃
23、取， 例如在HCl溶液中用乙醚萃取FeCl-4时，溶剂乙醚与H+键合生 成离子(CH3CH2)2OH+，该yang 离子与铁的络阴离子缔合成 称为yang 盐的中性分子，可被有机溶剂萃取，即,(C2H5)2O:H+,FeCl4(C2H5)2O-2,根注面寿秤邮褪赤细沽嘘音伸涧剪庞椎轴宁转鹊爽略琉培诱痴飞畅锯抠徊第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,3.2.3 其他萃取方法简介 A 连续萃取 在很多情况下，欲萃取的物 质的分配比很低，需要溶剂 的体积非常大，或者需要多 次萃取才能够实现待测物质 的定量萃取。连续萃取方法 和装置的建立能够使得溶剂 被重复使用，而且满足有机 相和水相接触
24、的时间足够长。 使得这些化合物的萃取分离 或富集成为可能。 例如，以氯仿萃取可乐中的 咖啡因。,图3.5 有机溶剂重于水时的连续萃取装置,桌孪闷冯含特存俩鞠跑作氯币惹燃蹋障椽躇经毛见沿剂驶仅厕罚预龙祥尔第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,图3.6 索氏提取器,有些固体样品中待测成分的分配比较 低，对于这些物质的提取则同样需要 大量的有机溶剂。理想的装置能够容 纳非常细的固体颗粒以保证与有机溶 剂有较大的接触面，而且能够重复使 用少量的有机溶剂。德国农业化学家 Franz Ritter von Soxhlet发明了索氏提 取器, 如图3.6所示。 仪器由以下几部分组成：A和C 为
25、加热和控温装置；圆底烧瓶B中盛 有溶剂；D为萃取腔，E为冷凝管。 加热时溶剂流通的方向如箭头所示。 被萃取物最终流入B中。之后，纯 溶剂又从B中蒸发，重复图中所示的 萃取过程。每一次循环之后，B中 的萃取物的浓度都在增加。,棱授瓤着蹬掉氏撬腹瘟朱趾吉甫闷藉樟女珍炭击梧慕厩漫斡邦百团佳爹藻第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,B 固相萃取 固相萃取属液固分离,物质从液相被萃取到固相。固相萃取柱的 原理与色谱分离的原理是相同的。 1978年，Waters公司将该方法推向市场。所用的固相萃取物质 是一个直径约1cm的键合不同种化合物的硅胶多孔盘。样品通 过圆盘时，所要的化合物保留在固相圆
26、盘上。之后可以用几毫 升甚至小于1mL的溶剂将所要的化合物洗脱下来。在固相萃取 中，固相可以直接与待萃取的溶液混合来萃取。但是，最常见 的是将固相填充到一个很小的柱子中，之后将样品流过柱子。 固相萃取的步骤如下图所示，分为以下五步：（1）选择合适 的固相萃取柱；（2）平衡柱子；（3）加样；（4）洗涤柱子； （5）洗脱欲测组分。针对不同的样品的极性等应该选择合适 材料的柱子以及合适的洗脱液等等。,财绽帐南派菠被巍碗认伸太靳涝来咐挨色劲垄霉渍吸铺山卫饺掣孙住秉忱第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,1选柱 2平衡 3加样 4洗涤 5洗脱,图3.7 固相萃取过程,当分析痕量物质时，固相萃
27、取方法则比与传统的液-液萃取具有明 显的优越性：不仅快速，而且节约了溶剂，避免了浓缩步骤。几 升的溶液可以通过萃取柱，痕量组分被保留在柱上，之后用几毫 升的溶剂便可将组分从柱上洗脱下来。既将待测组分从样品中提 取了了出来，又达到了浓缩的目的。固相萃取柱仅有10-15塔板 数，远不及HPLC的柱效。,瑰炳受慑钾芭协铰均元硫自帜裂疤淄愤兢兆玄圣扮棱猎幂嫂昌悦退焙腑舔第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,C 超临界流体萃取 超临界流体萃取是气-固萃取方式。 萃取剂是处于超临界状态下的气体。 对于某一特定气体，当温度和压力 超过某一临界值（临界温度Tc和临界 压力Pc）后，该气体便转化为介
28、乎气 态和液态的超临界状态（如左图）， 形成了超临界流体。 在超临界状态下， 气体比绝大多数液体具有较低的粘度 和近乎于零的表面张力，具有类似气 体的强大穿透能力和有机溶剂的溶解 度。这一性质使得其以更快的速度穿 过固相，实现分离的目的。当萃取完 全时，降低压力，气体将自动挥发， 萃取下来的化合物将自动得到浓缩。,图3.8 CO2相图,气态,固态,妊府暇离调聊曳豆蒸澳畜脸牺嘉庞涎疆吊媒尾葛之乓南魂娇纯卞病筷傍贺第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,在所有的超临界流体中，CO2被认为是最有效、最 安全和最经济的萃取剂。当压力和温度在临界范围 内调节时，CO2具有与有机溶剂相同的溶解度
29、，因 此能够对大多数有机物进行萃取。,跌便澈诬达饵越实渺疯诽溃橙形札芳悄百庙愧般富定虚奖汲拖窟拧揉良同第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,图3.9 超临界流体萃取装置示意图,超临界流体萃取装置由四部分组成：超临界流体提供系统（泵）、 萃取器、控制器和样品收集系统。 如上图所示。从钢瓶放出的 CO2经高压柱塞泵压缩形成CO2液体，再经阀门进入载有有机萃取 物的高温萃取仪中，在超临界温度和压力下的CO2流经样品进行超 临界萃取。随后CO2携带萃取物经限流管一同从萃取池（样品管） 流出并进入收集管内的回收液中。萃取物被收集在小量溶液内， CO2自然挥发。当CO2超临界流体与萃取物的极型
30、差异较大，而 不能对样品进行萃取时，可利用另一个泵加入改性剂（夹带剂） 以提高CO2之极性，加强极性样品的萃取效率。,黍坑户锑啦臀含遥圈靛它篇卓蚕镐其专冉袒潞萝显亡榔底撑二玲己批椎箩第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,3.3膜分离法 3.3.1透析分离 透析指利用浓度梯度的差别将低分子量的分子或离子从溶液 中除掉的方法。 透析的应用很广泛。在医学上，肾功能衰竭的病人每三天需 要进行血液透析以除去积累在血液中的盐。在生物制备中， 透析分离法用于除去小分子或盐。例如，采用透析法除去蛋 白质样品中的微量金属离子。将蛋白质溶液放入透析袋中， 封口，放入纯水中。透析膜具有一定的孔径，只允许
31、小分子 透过。由于透析袋内外的浓度差，金属离子迁移到透析袋外 的水中，当浓度达到平衡，迁移停止。当不断地更新水，迁 移会进行下去，从而达到除去金属离子的目的。,龋帽恼季球互发鲸者桔砂讫声灼鸵欢丢凿蓝宰鸿谢唐没蕴翱羽彼滦胖契铅第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,3.3.2液膜分离 液膜分离具有高效和高选择性等特点，分为乳状液膜和支撑 液膜，通过选择不同的载体，可以达到选择性分离。支撑液 膜是指多孔固体膜材料中固定了有机溶剂（大多含有萃取剂， 又称流动载体）。乳状液膜是通过乳化制备的，根据膜相（ 有机溶剂或水）或接收相（内相，水或有机溶剂）不同，分 为W/O型和O/W型。制备的乳状液
32、分散到被分离的溶液（料 相或外相）中，料相中的被分离物质通过膜相迁移入内相， 实现分离。由于液膜分离将萃取和反萃取结合在一起，分离 效率很高。,铅莹齿殊舞倔净焊龄暮您娇餐辊死懊风踢娜泛暇片冒巢辜瘩拷跑淘佰块吧第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,3.4相变分离法 是利用温度和压力的变化使得欲分离的物质 发生相变，而其他组分不发生变化而达到分 离的目的。所使用的相变分离方法有挥发、 区域熔融、蒸馏、升华以及冻干等方法。,威速勤停姆贸康音喀是赴最抚蛀乐樱棘疚孪溶篇蒋蚜瓜态估簇肛邦啃书鳃第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,3.5浮选分离法 是指将气泡通过样品的悬浮液选择性地
33、 携带粒子到溶液表面。在浮选分离法中 有吹扫捕集(purge and trap, PAT) 泡沫浮选(foam fractionation)等。,舅踊颐吏拢勋杨瘪烟汉荚凿躁螺唱诅媚夏满煽堂缨瞳尾嫌食牧身疟咖躁下第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,3.6 毛细管电泳法 Capillary electrophoresis,CE,3.6.1 毛细管电泳简介 1808年俄国物理学家Von Reuss首次发现电泳现象，即溶液中的 荷电粒子在电场作用下会因为受到排斥或吸引而发生差速迁移。 1937年瑞典科学家Arem Tiselius成功地将电泳技术用于人血清中 不同蛋白质的分离，因此而获得
34、了1948年诺贝尔化学奖。 1981年美国学者Jorgenson 和Lukacs使用内径为75 m的石英毛细 管，配合30 kV的高电压进行自由溶液电泳，获得了高于每米40 万理论塔板数的分离柱效。 CE的特点：高效、快速、低成本，是20世纪分析化学领域中最 有影响的进展之一，在人类基因组计划中发挥了极其重要的作用！,参考刘虎威教授的现代色谱分析！,拨商边眶续弃署蛛焙艺陵画妄壹侵励埔搬眉冬店孔厢掂缸陛远院闲庭歇几第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,作为与色谱法并列的分离分析技术，CE与传统的电泳技术相比， 有如下特点： 应用范围广： 分离斜率高： 分离模式多： 最小检测限低： 分
35、析成本低： 仪器简单： 环境友好：,妮慨鸦兼寸擂棱茎驯楚砰袄如渣偏激卢箔弧痒杭虐泄舀掂杠熬替丧浓坷贰第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,3.6.2 毛细管电泳的基本原理,CE是以电渗流(EOF)为驱动力，以毛细管为分离通道，依据样品 中组分之间淌度和分配行为上的差异而实现分离的一种液相微分 离技术。 当离子所受电场力和离子通过介质所受的摩擦力达到平衡时，可 得到如下公式,电泳淌度,绝对离子淌度和有效淌度e,聊坊傻物桨谭桂睦翌阳余爱揽母妈砒匆褪池柳耘捡俏藐懦刚募磋兢揖绦菊第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,电渗流(Electroosmotic Flow, EOF),E
36、OF是CE中最重要的概念，指毛细管内壁表面电荷所引起的 管内液体的整体流动，来源于外加电场对管壁溶液双电层的 作用。,申村川夯觉中景器唁毯泣另利长汰溉扮疙鹃仕狰汾劫砍铭摸烯稗窘集椎品第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,电荷分布与 Zeta 电势,图3.10 毛细管壁双电层结构示意图,很多非离子型材料如聚四氟乙烯等也可以产生电渗流,一般来讲，水溶液中固体表面均带有过剩的电荷。,嗽蜜真僻埠桔享渺启砰识渗驼娄卵裸均针撮圭壳招文釉行仟岁撬釉优恍扔第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,EOF is inherent in any CE setup that uses bare-
37、fused silica capillaries or capillaries coated with a charged group.,(3.13),电渗淌度,雄癸逾穗呻糠划仿琐国章必疚又玉麦掀谁丹尸须麦懒惰恳棠哼人沁门鞋躁第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,Effect of Flow Profile on Zone Width,图3.11 不同驱动力的流型和相应的谱带峰形,叫馏楼馆公淡辕发辑仿定拳戏磐苹尖舆捧曰祭鸡弹盼剖锰侧赵筛泳车蔫锄第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,电渗流的一个重要特性是具有平面流型。由于引起 流动的推动力在毛细管的径向上均匀分布，所以管
38、 内径向扩散对谱带扩展的影响非常小。 另外一个重要优点是可使几乎所有被分析物向同一 个方向运动。原因是电渗流淌度比离子的电泳淌度 大得多！ 电渗流的方向一般是从正极到负极。可以通过修饰 毛细管内表面而使电渗流的方向改变！,猩悍然搐旭勃账蔷霜砖杠卫奔柏珐言殖精咕巡荆咬靡际剃牌锡桶树肪谎彦第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,毛细管电泳的基本参数 CE中的分析参数主要有迁移时间(t，定义为一种物质从进样口 迁移到检测点所用的时间)，迁移距离(l，是被分析物从进样口 迁移到检测点所经过的距离)，迁移速率(，是迁移距离与迁移 时间之比)：,(3.14),因为电场强度等于施加电压(U)与毛细
39、管长度(L)之比：,(3.15),毖垫聪趁红筒镶蜒子尤粕淆虏两匆燥番饼孔降税碟乖葵翅戒扇焚童击标烘第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,对于CE的最简单模式毛细管区带电泳(CZE),(3.16),CZE测得的淌度是电泳淌度与电渗流淌度的矢量和，称为表观 淌度,即,(3.17),实验中可以采用一种中性化合物来单独测定电渗流淌度，然 后求得被分析物的有效淌度。,喻稗蜀灯惯唐活亡衔干烦疯帐悍既饿耘部佩级迄命剃减烂嫡祁沏谭痰若稠第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,影响分离的因素 在CE中仍然可采用色谱中的塔板和速率理论来描述分离过程。若 以电泳峰的标准偏差或方差()表示理论塔
40、板数(n)，则有：,(3.18),造成CE分离过程中谱带或区带展宽的因素主要有扩散( )、进 样( )、温度梯度( )、吸附作用( )、检测器( )和 电分散( )等，可用如下 的总方差表示：,(3.19),庙闽吻睛服痈痰舶德样悔京崖冉癌冗疫敏慌叠爪空战淄氛掣伯捏缕城效暴第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,3.6.3 CE 体系的组成,图3.12 CE仪器组成示意图,敬昆桶溢革斩闺涤惊刺澳茹蒂刘间拂凹峰御微丝钡讣赊涸便肿猖氢迎忘列第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,Methods of Sample Injection,图3.13 CE中不同的进样方法,剩根惹扇姜吾
41、脚鸟株砷释兹覆党槽讳友票斥拆咱攫信蚀筏氟睫驯辫颓荷句第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,各种分离模式,CZE：毛细管区带电泳；EKCC：毛细管电动色谱(MEKC和 MEEKC)；CEC：毛细管电色谱；CGE：毛细管凝胶电泳； CITP：毛细管等速电泳；CIEF：毛细管等电聚焦。,笑巷锌喂剃谣喘娠砒啊晾糠似悼州峭狠扮穷框忽乖想谗吊伊谅合试等肥花第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,CE有6种分离模式，其中CZE、EKCC和CEC最为 常用。 CZE：毛细管区带电泳 CZE是最简单的CE模式，分离介质只是缓冲液。在正极进样的 情况下，正离子首先流出毛细管，负离子最后流出。
42、中性物质在 电场中不迁移，只是随电渗流一起流出毛细管，故得不到分离。 在CZE中，影响分离的因素主要有缓冲液的种类、浓度和pH，添 加剂，分析电压，温度，毛细管的尺寸和内壁改性等。,概贤呆逛怒陀达留降阀味蝉疽长墅祟犬角柏蟹石霞孺匡垂滁沟键紧匙谐必第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,EKCC：毛细管电动色谱 EKCC的最大特点是既可以分离离子型化合物，又能够分离 中性物质。包括毛细管胶束电动色谱(MEKC)和毛细管微乳 电动色谱(MEEKC)。 MEKC是Terabe等在1984年提出的。将高于临界胶束浓度的 离子型表面活性剂加入缓冲液中形成胶束，被分析物在胶束 (假固定相)和水相
43、中进行分配，中性化合物根据其分配系数 的差异进行分离，带电组分的分离机理则是电泳和色谱的结 合。 MEEKC是1991年在MEKC基础上发展起来的一种电泳技术。,脉喳茫隅利磊凌很蹈涨鱼桥衙倡枚了吹雁猩建坷苹秀抛人猎狠嚏揭淡砧罕第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,CEC：毛细管电色谱 CEC是在毛细管中填充或在管壁涂布、键合类似HPLC的固定 相，在毛细管的两端施加高电压，以电渗流代替高压泵推动流 动相。 CEC将HPLC的高选择性和CE的高柱效有机地结合在一起。,披牡哉袖责霸到乾行盲象诽末考淮帝才物房师射扇劝龋闸际旱枯悉田芬楞第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,Sa
44、mple 100 mg/l each analyte Buffer 20 mM phosphate, pH 8.0 Capillary DB WAX (J&W) l = 56 cm L = 64.5 cm id = 50 m Injection 200 mbar s Temperature 20 C Electric Field 230 V/cm, reversed polarity Detection Signal 200,10 nm Reference 450, 80 nm,CZE: Separation of Halides, Oxyhalides and Metal Oxoacids,
45、3.6.4 毛细管电泳的应用举例,唐骆喷韵咽卡硅蚜侣净逾抉矮舶阮耀圾痰梭貌稠穷薪愧访绢樊小壁蜕髓英第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,MEKC: Separation of Phenols and Hydroxylated Benzyl Alcohols,萍暇臂守野法从扁踏址楼寨淬法郸美兆阂农子涕帧宙孕扦踢宪蒲聚防磷马第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,CEC: A Typical Separation,Column: CEC Hypersil C18, 3 m 250 (350) 0.1 mm Mobile Phase: 80/20 ACN/MES 25 mM,
46、pH 6 Voltage: 25 kV Injection: 5 kV, 3 s Pressure: 10 bar both sides Temperature: 20 C Plate Number: 65,000 80,000 Symmetry: 0.93 0.98,笋狄恍钝睬赔橱改朽毛筋沤版饿虞串籍缉悄辅要饶瘩潦理盆沉民拣脑焦腿第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,CCE: Basic Drug Separation,Buffer: 50 mM Tris-phosphate, pH 2.4 25 mM di-methyl- -CD Capillary: l = 56 cm L
47、= 64.5 cm id = 50 m Injection: 100 mbar s Voltage: 30 kV Detection: Signal: 200/10 nm Temperature: 15 C,慌岿仟仙氯狗副钒煎莽绰颤侍乡亦唾静冲梦丫豹歼撤僧柿官线鉴角画激崎第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,作业4： 什么是固相萃取？与液-液萃取相比，固相萃取有何 优越性？ 2. 什么是超临界萃取？它有哪些优点？ 3. 电渗流是如何产生的？为什么说毛细管电泳的流型是 “塞子”状的平面流型？它有什么优点？ 对于一个混合物的分离得到三个峰，分别为阳离子(t =78s)、 中性化合物(t=132.8s)和阴离子(t=264.6s)。所 用毛细管总 长度为48.5 cm，有效长度为40 cm，施加 电压为10 kV。 试求算电渗淌度以及不同离子的表观 淌度和有效淌度。 在毛细管区带电泳分离苯胺、甲苯和苯甲酸，缓冲液的pH 为7，请判断出峰顺序。 对于人尿样中重金属Pb2+的分析，试根据你所学的知识，设 计从采样到数据报告的全过程。,溯樱程祟影薄才疑休骋镰嗅影困搞坐庞咨沮膊嗜腾山银硼监眨接巡恩糙炔第三章常用分离与富集方法第三章常用分离与富集方法,