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1、青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,1,化学分析与分离,蒸馏与挥发,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,2,挥发法(Volatilization),利用物质挥发性的差异来分离共存组分也称“气体分离法”,volatility,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,3,选择性挥发(Selective volatilization),在一定温度和压力下，待测组分的挥发性和蒸汽压足够大，而其他组分蒸汽压小到可以忽略时，则可以进行选择性挥发，达到定量分离的目的提高分离效率：待测组分 挥发性、热稳定的化合物或元素,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,4,挥发法包括：,蒸馏蒸发升华气体发生和驱气,：用于分离提纯或制备
2、,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,5,适于气态分离的元素和化合物,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,6,蒸馏(Distillation),基于气-液平衡原理将物质组分分离二组分混合物（A&B）蒸气压：AB简单蒸馏：二组分不完全分离,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,7,分馏技术,多次重复简单蒸馏 每一理论塔板逐渐富集较易挥发组分有足够塔板数 能够分离二组分&达到所需纯度,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,8,分馏装置（示意图）,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,9,分馏装置（实物）,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,10,分馏柱,韦氏分馏柱（垂刺分馏柱）,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,1
3、1,分馏柱,具环形膨胀阱,具蛇形膨胀管,具环形膨胀阱,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,12,挥发度,A、B二元混合物体系中，组分A挥发度或：,pA为组分A的蒸气分压,(XA)气：蒸气中组分A的摩尔分数(XA)液：液体中组分A的摩尔分数,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,13,相对挥发度,A、B二元混合物根据拉乌尔定律：而且：,pA：A的蒸气压,则：,较易挥发组分：1可看作富集因子,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,14,理论塔板数n,分馏柱的效率取决于多种因素填料类别、温度控制、柱长、产物移去速率等“理论塔板数n”表示柱的分离效果1个理论塔板数=1次理想蒸馏所达到的效率可用实验方法测得从开始
4、的组成分馏到指定的组成时，所需蒸发-冷凝的平衡次数即为n,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,15,芬斯克（Fenske）方程,对于有n个理论塔板的分馏柱，经过n+1次反复蒸发-冷凝过程，其分离结果为：,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,16,理论塔板高度H,H：分馏柱效率的另一个重要参数H与L无关（n与L有关）H越小 n越多 分离效率越高,L为柱长,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,17,普通蒸馏法,基于物质的挥发性和沸点的差异进行分离将易挥发的组分蒸馏出来不易挥发的组分残留在底液中采用分馏柱多次挥发和冷凝 分离效果更好用于实验室提纯盐酸、硝酸、氢溴酸、氢碘酸、硫酸等,青岛农业大学 化学与药学
5、院 侯婷,18,普通蒸馏法：实例1,蒸馏法提纯恒沸盐酸原料：分析纯HCl 用水以7+3比例稀释蒸馏速度：150-250mL/h弃去前段馏分&尾段馏分保留中段馏分（加料量的70%）如需除砷：蒸馏前用氧化剂（HNO3或KMnO4）将易挥发的AsCl3氧化为高价,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,19,普通蒸馏法：实例1,蒸馏法提纯恒沸盐酸（装置2）,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,20,恒沸液,在一定温度下沸腾而其组成不变的溶液某些物质的水溶液：如氢卤酸、HNO3、H2SO4、酒精溶液等,(“恒沸溶液”或“恒沸混合物”),青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,21,普通蒸馏法：实例2,减压蒸馏提纯高
6、氯酸,市售高氯酸浓度：70%-72%，接近恒沸混合物浓度 蒸馏后浓度不变硫酸浴加热机械真空泵抽真空140C时高氯酸开始蒸出,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,22,亚沸蒸馏技术,近代发展起来的蒸馏技术主要特点：用红外线或电热丝从上方加热提纯液态物质液体在低于沸点条件下表面蒸发 避免沸腾状态下气泡自液体底部上升 母液雾状颗粒不会进入馏出液产品质量优于普通蒸馏法,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,23,石英亚沸蒸馏器,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,24,石英亚沸高纯水蒸馏器,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,25,聚四氟乙烯亚沸蒸馏器,用于提纯氢氟酸,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,26,挥
7、发分离,从样品中分离主要组分或痕量组分经典例子测定蒸馏水中痕量杂质：蒸发除去主要组分(水)古蔡氏法（Gutzeits Arsenic Test）测多种样品中的痕量砷：砷 砷化氢（蒸馏分离）方法：直接蒸馏挥发一种或多种组分将各组分转化为具有不同挥发性的化合物,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,27,痕量组分的挥发,痕量组分挥发-检测过程,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,28,溶液中痕量组分的挥发,将液体样品中的痕量组分定量挥发常用方法：气流载带法、热挥发法、化学反应等挥发 捕集（溶液吸收、冷凝等）测定也可直接与测量仪器联接 试样的分解、富集分离和测定同时进行,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,
8、29,从溶液中挥发分离痕量组分,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,30,固体和熔融体中痕量组分的挥发,1000C，在真空状态、惰性保护气、或活性气体中，选择性挥发收集：吸收剂、冷阱或冷凝器,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,31,固体样品中痕量元素挥发法应用实例,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,32,痕量组分挥发法的应用,蒸馏分离金属中的氮氢化物发生法分离砷、铋、锗、铅、锑、硒、锡、碲还原挥发分离汞蒸馏分离锗蒸馏挥发分离硫蒸馏分离金属铋中的氯矿石中锇、钌的分离与测定,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,33,主要组分的挥发,基体挥发性 待测痕量组分挥发性高温挥发缺点：会造成易挥发痕量组分的损失
9、基体元素可能发生氧化态的变化 改变挥发性低温挥发缺点：耗时长 解决方法：采用真空蒸馏、惰性气体载带、通过化学反应使基体转变为更具挥发性的形态,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,34,溶液中基体元素挥发的典型例子,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,35,固体和熔融体中基体成分的挥发(1),低温冻干法（冻干法）真空冷冻样品，水以升华方式分离用途：分离生物组织中水分，水中痕量杂质分析NH4Cl中痕量杂质：采用基体升华方式分离,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,36,固体和熔融体中基体成分的挥发(2),真空蒸馏法：分离富集金属（Zn,Cd,Se,Hg,Na）中痕量杂质（不易挥发）用发射光谱法等测定光波
10、导材料中，痕量Cu,Cr,Co,Fe,Mn,Ni 和V等杂质元素的分离,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,37,光波导材料基体挥发条件,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,38,化学光谱法测定高纯砷中的痕量杂质,方案1：溴化分离称取1-2g金属砷 置于小石英皿中 加1mLHBr 置于溴化挥发装置 通入溴蒸气（120-140C）砷以AsBr3形式挥发除净方案2：氯化分离 称取1-2g金属砷 置于小石英皿中 放入氯化挥发器中 升温至110 C 引入HCl气体 砷以AsCl3形式挥发除去（120-130C）,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,39,有机基体的灰化,灰化有机物料，除去有干扰的有机基体灰化
11、方法：干法灰化：在空气或氧气中燃烧湿法消化：在溶液或悬浮液中氧化或消解灰化产物：碳 CO2(或CO)氢 H2O有机氮 游离氮,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,40,干法灰化,置于适当容器（如坩埚）中，直接加热（火焰、马弗炉等）微波消解罐、反应釜：消化食物样品,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,41,湿法消化,氧化剂：单一酸：HNO3,H2SO4,HClO4混合酸：硝酸-硫酸，硝酸-高氯酸，硝酸 硫酸-高氯酸缓和消化方法：破坏溶液中有机物质，并引起连锁的氧化反应可用于肉、骨骼、血液、植物、牛奶、糖、纤维、羊毛、尿等有机物,H2O2,HO基（具有高氧化势）,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,42
12、,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,42,下节课内容,溶剂萃取,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,43,蒸馏分离金属中的氮,氮主要存在形式：氮化物（有色金属、稀有金属、合金中）一般用蒸馏法分离,方法1：硼酸吸收游离氨，生成硼酸铵 用标准酸溶液滴定 计算含氮量方法2：稀硫酸吸收 奈斯勒试剂显色 比色测定,Back,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,44,金属锆中微量氮的蒸馏分离与测定,0.1g样品,砂浴加热分解,冷却,蒸馏分离,容量瓶,奈斯勒试剂比色测定,Back,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,45,氢化物发生法分离砷、铋、锗、铅、锑、硒、锡、碲,与氢生成共价的氢化物（常温具有挥发性）生成氢化物后，可与AAS或ICP-AES联用应用领域：冶金流程分析、岩矿样品测试、生物医学样品分析等,（初生态氢）,Back,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,46,奈斯勒试剂（Nesslers Reagent）,定性检出铵离子和氨，作用时析出黄色或红棕色沉淀 配制方法：35g KI+1.3g HgCl2溶于70mL水中，加30mL KOH溶液 检验方法：在试液中加入少量KOH 煮沸 将沾有奈斯勒试剂的滤纸放在试管口检测逸出气体中是否有氨气,Back,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,47,真空（减压）蒸馏分离镉（Cd）,Back,青岛农业大学 化学与药学院 侯婷,48,氯化挥发装置,Back,
