化工产品检测技术PPT课件

1、化工产品检测技术湖南工学院 刘开建 目录一、化工产品实验室分析检测基本方法二、化工实验基本操作与技术三、分离与提纯技术四、萃取技术五、干燥技术六、 其他检测技术手段一、化工产品实验室分析检测基本方法 化学工程与工艺专业实验中基本参数有温度、压力、流量、组成及其他物性。而对这些基本参数的正确测试和控制，直接关系到实验的结果。1.1 温度的测量与控制 温度是表征物体特性的最基本的物理量之一，也是国际单位制中规定的七个基本量之一，它的测量与控制至关重要。温度的检测与控制一般借助于仪表来完成的。检测仪按作用可分为测温元件、测量仪表和控制仪。测温元件有接触式与非接触式两大类。接触式包括热膨胀式，热电偶与

2、热电阻三种；非接触式分为辐射法、量度法与比色法。测量仪表主要功能是检测显示和记录，有自动平衡记录仪、数字显示仪等。控制仪主要功能是对被控对象进行调控。 测温元件（一）热膨胀式温度计 通常分为三种：玻璃管液体温度计、压力式温度计和双金属温度计。 玻璃管液体温度计 压力式温度计 双金属温度计（二） 热电偶温度计 具有灵敏度高、使用方便，测温范围宽及便于远距离测量等优点，在温度测量中占有重要地位。 热电偶温度计（三）热电阻温度计 热电阻温度计的作用原理基于物质在温度变化时本身电阻值也随之发生变化的特性来测量温度。具有线路简单、测量灵敏、敏感元件稳定，且能用于自动记录和远距离控制，是使用得比较广泛的一

3、种测温元件。 热电阻温度计1.2 压力的测量与控制 压力是流体静止或流动过程中的重要参数，专业实验 中，压力测量与控制是基本的实验手段。 压力的测量 （一）液柱式压力计 液柱式压力计基本原理是流体静力学中的连通器原理。从液柱的高度差显示压力，液柱式压力计中的介质有蒸馏水、汞、酒精、甘油等。 常见U型管液柱式压力计（二）弹簧式压力计 弹簧式压力计又谓压力表。有普通压力表和精密压力表两类。根据被测流体介质和压力大小等情况， 压力表有各类型号可选用。使用时应根据使用要求选择合适的压力表。 弹簧式压力表 压力的控制 实验中常需恒定系统压力。对于封闭系统这是不成问题的，但对于流动系统，控制压力稳定的关键

4、在于控制上游压力恒定，即控制系统进口压力为给定值。常用的控制压力方法主要是利用流体力学原理的稳压管或利用机械作用原理的稳压阀。 稳压阀1.3 流量的测量与控制 流动实验系统对流量的测量和控制是必不可少的。流量测量方法有直接法和间接法两种。直接法有湿式流量计、盘式流量计、齿轮流量计等，是以单位时间内从测量腔室内所排出流体的固定容积数量作为测量依据；间接法是以测量与流量有对应关系的物理量的变化为依据，算出实际流量，有毛细管流量计、转子流量计、孔板流量计、电磁流量计、质量流量计等。 湿式流量计 管道流速流量计 皂膜流量计 转子流量计 质量流量计 柱塞式计量泵 蠕动泵1.4 实验室常用辅助设备 一般包

5、括电热设备、制冷设备及其他设备。 电热设备 管式电炉、高温电炉及电热恒温干燥箱等。 管式电炉 高温电炉 电热恒温干燥箱 制冷设备 冰箱、低温反应器等。 低温反应器 其他辅助设备 如：真空泵、空气压缩机、电动搅拌器、离心机、球磨机等。二、化工实验基本操作与技术2.1 操作规则 实验前进行细致充分的准备，实验过程中应小心谨慎， 避免发生割伤、烧伤、烫伤、中毒、触电、以至火灾、 爆炸等事故，能够进行复杂、危险性高的操作，并且能 够正确使用剧毒药品。 实验过程中推荐使用标准磨口仪器，因为它具有组装方 便、易拆卸、气密性好、通用性强等优点。使用时应注 意保持清洁，使用前用少量真空脂或凡士林涂在磨口表 面

6、，可避免磨损，而且拆卸方便。在强碱性或高温条件 下应多涂一些，并在实验过程中适当转动，以防磨口间 的粘结。实验后立即拆卸并用乙醇、丙酮或洗液等洗净 ，洗后将磨口分开放置。 严禁加热密闭体系，必须通大气或接减压装置（高压反应 除外），以免发生冲料或爆炸。 废酸、废碱、毒性较大的有机溶剂及强腐蚀性物质不能 倾入水槽，应集中处理。 对于危险性较大的实验，应佩带胶皮手套、护目镜等必要 的防护用具，而且能够熟练使用通风橱。一旦中毒应及时处理或送医院治疗。如果发生气体中毒，应该立即转移至室外，呼吸新鲜空气；当吸入少量氯气或溴气时，可用碳酸氢钠溶液漱口。 必须以科学的态度对待实验，应该仔细观察实验现象，善

7、于思考，并及时作好实验记录。实验记录务必清楚、真实 ，而且应该妥善保存实验记录。2.2 熔点、沸点及凝固点的测定 熔点及其测定 熔点：固体物质的固液两态在大气压力下达到平衡（固液共存）时的温度。 许多物质固态与液态之间的平衡随温度的变化是非常敏锐的，通常纯有机化合物有固定的熔点，即使有少量分解，自初熔至全熔的温度（熔程）不超过0.5-1.0 。但某些脂肪酸、羧酸盐、氨基酸以及糖类化合物在较宽的温度范围内熔化（而且部分分解）。此外，有些化合物受热到一定温度开始分解，没有明显的熔点，只有分解温度。 化合物中可熔性杂质的存在使化合物的熔点降低，熔程增大。因此，实验中常利用测定熔点的方法来鉴定有机原料

8、、中间体以及精细化工产品的结构或评价其纯度，这种方法简便、迅速、经济。例如，如果未知物与已知物的外观、气味等相同，而且熔点很接近，认为二者可能为同一物质；若所测样品较纯物质的熔点低且熔程较长，则认为其纯度较低。 测定混合熔点的方法也可用于鉴定制备的化合物是否为目的产物。两个样品为同一物质时，以任意比混合，熔点不变；如果混合后熔点明显降低且熔程增大，则二者为不同物质。如果混合后熔点升高，可认为两种物质相互作用形成了熔点较高的新化合物；如果混合熔点较低但熔程很短，则可能形成了共熔体。 熔点测定方法主要包括毛细管法和显微熔点测定法两种。 毛细管法熔点仪 显微镜法熔点仪 沸点及其测定 沸点：当液体的饱

9、和蒸气压与外界压力相等（液体开始沸腾）时的温度，它是物质的一个重要物理常数。 可根据沸点的高低将液体物质、有机溶剂进行分离、提纯，也可用沸点来鉴定化合物或估计其纯度。纯液体的沸程一般为0.5-1.0 ，杂质的存在往往使沸程增大。杂质对液体沸点的影响与液体本身及杂质的性质有关。当液体中含有强挥发性杂质时，沸点显著降低；当杂质与样品的沸点相近且两者之间作用较弱时，沸点变化不大；而当液体中溶有不挥发性固体杂质时，往往引起沸点升高。有许多混合液还可形成具有固定沸点的共沸混合物。另外，液体的沸点随外界压力的变化而改变，外界压力越大，沸点越高。因此，记录液体的沸点要注明外界压力，如不指明则认为是标准大气压

10、下的沸点。 沸点测定方法主要包括蒸馏法及微量法。 蒸馏法测定沸点装置 微量法测定沸点装置 凝固点及其测定 凝固点：液体物质在冷却凝固 （固-液共存）时的平衡温度。 纯物质冷却时，在凝固之前温度随时间均匀下降。开始凝固后由于放出凝固热，体系将保持固-液两相共存的平衡温度不变，直到全部凝固，温度又均匀下降。混合物凝固时，最初形成的固体通常具有不同于液体的组成而固体的形成又改变了剩余液体的组成，这样凝固点就逐渐降低。同样，当样品中含有杂质时，往往也引起凝固点的降低和凝固点范围的增大。杂质含量越多，凝固点越低。而所含杂质不同，凝固点降低的程度也不同。在精细化工实验中常利用这一特点来鉴定化合物的纯度，凝

11、固点成为某些物质的纯度和质量的重要指标。例如，减压蒸馏后苯酚的凝固点可由38.2提高至40.9。对于凝固点（或熔点）低于40的物质，测定凝固点比测定熔点更方便。通常有机化合物的凝固点比熔点低一些，尤其是含有较多杂质的物质。 在液体凝固时常发生过冷现象，即在低于凝固点的温度下液体仍不凝固。当继续降温时，液体会突然凝固，凝固热将使体系温度回升，而后温度保持相对恒定，直到全部液体凝固后才会下降。实际应用中常利用液体的这一特点测定凝固点，即把冷却后回升的最高温度作为凝固点。 凝固点测定装置如下图：2.3 其它物理常数的测定 实验中通常需要测定物质的密度、折光率、旋光度及表面张力、粘度等物理常数。 一般

12、采用密度瓶、阿贝折射仪、旋光仪、表面张力仪、粘度仪等仪器来进行测定。三、分离与提纯技术 在实验中，分离与提纯技术具有重要意义。一方面，只有原料和中间体具有足够高的纯度，才能使合成的精细化学品得到令人满意的收率，并减少副反应的发生；另一方面，只有化学品的纯度达到一定指标，才能具有特定的应用性能。尤其是某些功能性化合物，甚至要求产品纯度达到99.9 %以上。这里主要介绍蒸馏、重结晶、过滤和萃取等常规分离与提纯技术。3.1 蒸馏与精馏 蒸馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同而达到分离和提纯目的的方法，蒸馏是应用最为广泛的分离和提纯液体的方法，用于提纯溶剂、产品精制及副产物分离等。它包括简单蒸馏、减

13、压蒸馏、精馏和水蒸气蒸馏。 简单蒸馏装置 减压蒸馏装置 精馏装置水蒸汽蒸馏装置3.2 重结晶 重结晶：它是根据化合物在热溶剂中比在冷溶剂中更易溶解，而杂质难溶或低温下溶解度仍较大，从而达到化合物与杂质分离的目的。 重结晶往往导致物料损失，可溶性杂质越多物料损失越大，所以只有杂质含量较少时重结晶才是有效的。重结晶的操作过程是将不纯物溶于热溶剂中，然后趁热过滤除去不溶性杂质，再冷却析出晶体，过滤并干燥。显然，选择合适的溶剂是重结晶的关键。 重结晶溶剂的选择 重结晶用溶剂必须与被提纯化合物不发生反应，而且被提纯的化合物应该在较高的温度下溶解度大，在室温或低温下溶解度很小； 杂质不溶于该溶剂或低温时溶

14、解度大； 该溶剂容易从被提纯的物质中除去； 重结晶溶剂应具有价格便宜，沸点较低，容易回收等优点。 如果在室温下不易溶、加热或沸腾后全溶，冷却后大部分析出，则此溶剂适用。 如果单一溶剂不能满足重结晶的要求，可选用混合溶剂。但要求两种溶剂互溶，样品易溶于其中之一而难溶于另一溶剂。将样品溶于沸腾的易溶溶剂中，趁热滴入另一溶剂。如果溶液变混浊，加热或滴入易溶溶剂可以使溶液澄清透明，然后再冷却观察析出情况。 重结晶装置3.3 升华 对于某些蒸气压较高而所含杂质蒸气压很低的固体化合物，可采用升华的方法进行提纯，即直接蒸发固体化合物并重新结晶析出。升华可得到高纯度化合物，这对于制备高纯试剂以及合成某些用量小

15、、质量要求高的中间体、医药和助剂等精细化学品具有重要意义，尤其是用于提纯易潮解或在溶剂中易发生缔合、 离解的高活性物质。 升华发生在固体表面，因此，样品应研磨得很细，使其具有较大的比表面积。升华的速度应适当，过快易形成微晶，产品纯度降低；过慢则很难收集到较多的升华物质。实验中常通过调节温度、压力以及待升华物与冷却面之间的距离来控制升华速度。 常压升华装置 减压升华装置3.4 过滤与离心分离 过滤和离心分离是分离固液混合物的重要方法，即可从液体中除去固体杂质，也可从溶液中收集固体物质。过滤可分为常压、减压及加压过滤三种。离心分离还可用于液 液分离和液 固分离等。在精细化工实验中，反应后处理、原料

16、提纯以及产品精制均需采用过滤和离心分离技术。 常用的过滤介质包括滤纸、玻璃砂层、滤布以及助滤剂等。在实际应用中依据过滤条件和待滤物料的性质选择不同的过滤介质。其中，滤纸可分为定性滤纸和定量滤纸。定量滤纸是预先用盐酸和氢氟酸处理过、除去了大部分杂质的滤纸，灰分极少，主要用于定量分析。实验中一般常用定性滤纸。根据细孔大小滤纸分为“粗”、“中等”、“较细”和 “细”四种规格，可根据需要选择。 过滤方法 （一）重力过滤法 （二）减压过滤法 （三）热过滤法 重力过滤法 常压热过滤和减压热过滤 减压过滤法 离心分离 将盛有悬浮液物料的离心管放在离心机中高速旋转，受离心力作用，沉淀聚集在管底，清液留在上层，

17、从而达到固液分离。离心分离主要适用于分离少量物料，特别是沉淀微细难以过滤的物料。使用时将装有试样的离心管对称地放在离心机套管中，管底衬以棉花。操作时应缓慢加速，而目不能强制离心管停止旋转。离心分离后，用毛细吸管小心地将清液吸出。四、萃取技术 从固体或液体混合物中分离所需要的化合物经常采用萃取的方法。它是利用化合物在两种不互溶（或微溶）的溶剂中（或两种固体物质在同一溶剂中）溶解度不同以分离混合物中组分的方法。 原理： 能斯特分配定律 cA / cB = K 式中， cA ， cB 别为萃取剂和被萃取溶液的特质的量浓度； K为分配系数。 萃取剂的选择 萃取剂必须易溶解被萃取的物质，而且不溶或微溶于

18、被萃取物质所在的溶液（原溶液）； 萃取剂对原溶液中所含有的其它物质溶解度很小，而且萃取后易从萃取剂中将被萃取物分离出来； 萃取剂最好与原溶液密度相差较大。 常用的萃取剂有水、石油醚、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳以及乙醚等。混合溶剂的萃取效果常比单一溶剂好得多，乙醚-苯、氯仿-乙酸乙酯（或四氢呋喃）都是良好的混合溶剂。当从水相萃取有机物时，向水溶液中加入无机盐能显著提高萃取效率，这是由于分配系数发生了变化。对于酸性萃取物应向水溶液中加入硫酸铵；对于中性和碱性萃取物直用氯化钠。 对分离出己萃取至萃取剂中的产 物，可采用蒸馏、蒸发溶剂及酸碱中和 等方法。从有机相中分离出溶质后，往往 需加入硫酸镁、氯化钙

19、及硫酸钠等干燥剂 进行干燥。 分液漏斗 其它萃取方法 （一）从固体中提取物质 常采用索氏提取器，如右图： 烧瓶中加入溶剂和沸石，加热至沸腾并回流。当提取简内液面超过虹吸管上端后，提取液自动流入下端烧瓶中。保持回流数小时，直至大部分可溶解物质被提取出来。索氏提取器（二）连续液-液萃取 利用穿流器，用少量萃取剂就可以对液体进行连续萃取，下图中（a）、（b）分别适用于萃取剂比萃取液的密度大或小的情况。 (a) (b)（三）超临界流体萃取技术 超临界流体（SCF）是指在操作压力和温度均高于临界点时，密度接近液体，而扩散系数和粘度均接近气体的物质（或混合物）。SCF的性质介于气体和液体之间，具有优异的溶

20、剂性质，可用于提取有用组分或脱去有害杂质。最常用的SCF是二氧化碳、水、甲苯等。SCF萃取技术已广泛应用于食品工业、医药行业、石油化工、精细化工等的分离、提纯和浓缩等操作过程。超临界流体萃取装置五、干燥技术 干燥技术是指通过加热、蒸馏、加入干燥剂等方法除去原料、有机溶剂、中间体或精细化学品中的水分和少量低沸点溶剂。如溶剂的除水精制、产品干燥以及溶剂、原料的保干等。常用的干燥方法包括自然风干、红外线干燥、加热烘干、真空干燥、分子筛脱水以及用干燥剂吸水等。干燥过程可分为气体、液体和固体干燥三种。 干燥剂 如无水氯化钙、无水硫酸钠、无水硫酸镁、无水硫酸钙等。可用于一些有机化合物的干燥。 气体干燥 对

21、于氩气、氮气和氦气等化学惰性气体，可使其通过洗气瓶中的浓硫酸得以干燥。 另外，对于气体也可在干燥塔内用固体干燥剂进行干燥。对于沸点较高的气体，还可用冷阱使水和其它可凝结的杂质冷凝而进行干燥。 液体的干燥 液体的干燥主要有分子筛脱水、干燥剂干燥以及共沸蒸馏等方法。 用干燥剂干燥时，将粉状干燥剂与液体混合，充分振摇，水分含量达到要求后将干燥剂滤出。分批加入干燥剂可提高干燥效果。 用分子筛干燥时，通常将分子筛散放于待干燥的液体中，充分振摇， 干燥一定时间后过滤分离。 用共沸蒸馏法干燥时，向溶剂中加入另一种能与水形成较低沸点的共沸物的溶剂，加热蒸馏，使水分以共沸物的形式蒸出。例如在制备无水乙醇时，由于

22、水、乙醇和苯三者形成共沸物，可在95 %的乙醇中加入适量的苯进行共沸蒸馏。前段馏分为水、乙醇和苯的三元共沸物，然后乙醇和苯的二元混合物被蒸出，直至无苯后沸点升高，最后馏出物中占99 %以上的为无水乙醇。 固体的干燥 许多精细化学品，如医药、染料、颜料、助剂、洗涤剂、食品添加剂等对水分含量有一定的要求，必须进行干燥。实验中常根据被干燥物质的性质选择适当的干燥方法。 （1）自然风干 （2）加热干燥 （3）干燥器内干燥与保干 （4）减压恒温真空干燥箱干燥 （5）气流干燥法 六、其他检测技术手段 薄板色谱法 简称TLC，又称为薄层层析，是一种用于分离混合物的色谱技术。在化学分析特别是对于有机化合物的分析中，薄层色谱是极为重要的分离方法。 可用于： 监测反应进程 在已经有对照品的条件下鉴定化合物 测定物质的纯度薄板层析 薄层层析的操作过程类似于纸层析，且原理方面也相似于柱色谱，因而与纸色谱相比具有很多优势，例如它分离效果好，灵敏快速，对于固定相的选择更多，且TLC的结果还可作为柱色谱的参考。由于以上的诸多优势，使TLC成为当今检测化学反应、定性分析化合物和分离化合物的最常用的手段。实验室常用的是硅胶薄层色谱，其制作简单、成本低廉且用途广泛。薄板层析Rf值： Rf = S / L 其中L表示从原点至溶剂前沿距 离；S表示化合物从原点至终点距 离。 薄板