Lecture2蒸馏与挥发ppt课件

1、蒸馏与挥发 利用物质挥发性的差异分离共存组分。利用物质挥发性的差异分离共存组分。 挥发法是将气体和挥发组分从液体或固体样品中挥发法是将气体和挥发组分从液体或固体样品中转变气相的过程，它包括蒸发、蒸馏、升华、气转变气相的过程，它包括蒸发、蒸馏、升华、气体发生和驱气，有时有称之为气态分离法。体发生和驱气，有时有称之为气态分离法。 蒸馏主要用于物质组分的分离提纯或制备，其它蒸馏主要用于物质组分的分离提纯或制备，其它挥发法多用于分析化学中，或用于分离基体，或挥发法多用于分析化学中，或用于分离基体，或用于分离待测痕量组分。用于分离待测痕量组分。一、 蒸馏 蒸馏是基于气液平衡的原理将物质的组蒸馏是基于气液

2、平衡的原理将物质的组分分离。分分离。 蒸气相的富集程度随二组分进行的相对蒸蒸气相的富集程度随二组分进行的相对蒸气压的大小而定。气压的大小而定。 简单的蒸馏技术只能使二组分部分分离，简单的蒸馏技术只能使二组分部分分离，没有一相是纯净的。没有一相是纯净的。 分馏技术可将二组分分离并得到所需的纯分馏技术可将二组分分离并得到所需的纯度。度。(一一) 相对挥发度相对挥发度液气挥发度)()(AAXX液挥发度)(AAXp液液的挥发度的挥发度相对挥发度)()( BAABBAXpXp相对挥发度拉乌尔定律：液0B0AA0A)( ppXpp液液气气)(1)( )(1)( AAAAXXXX可看作是一个富集因子可看作是

3、一个富集因子(二二) 理论塔板数和芬斯克理论塔板数和芬斯克(Fenske)方程方程应用分馏法分离混合物时，要选用效率应用分馏法分离混合物时，要选用效率适当的分馏柱。适当的分馏柱。柱的分离效果可用柱的分离效果可用“理论塔板数理论塔板数n表示。表示。一个理论塔板数相当于一次理想的蒸馏一个理论塔板数相当于一次理想的蒸馏所达到的效率。所达到的效率。n可用实验方法测得，它等于在沸点组成可用实验方法测得，它等于在沸点组成图中，从开始的组成分馏到指定的组成图中，从开始的组成分馏到指定的组成时，所需要的蒸发冷凝的平衡次数。时，所需要的蒸发冷凝的平衡次数。液液气气方程：)(1)( )(1)( Fenske AA

4、1AAXXXXn它表示经过它表示经过n+1次反次反复蒸发冷凝过程后复蒸发冷凝过程后的分离效果的分离效果nLH 理论塔板高度：(三三) 应用实例应用实例普通蒸馏法普通蒸馏法基于物质的挥发性和沸点的差异进行分离基于物质的挥发性和沸点的差异进行分离是最常用的制备和提纯试剂的方法是最常用的制备和提纯试剂的方法实验室中常用蒸馏法提纯盐酸、硝酸、氢溴实验室中常用蒸馏法提纯盐酸、硝酸、氢溴酸、氢碘酸、高氯酸和硫酸等。酸、氢碘酸、高氯酸和硫酸等。 (1)蒸馏法提纯恒沸盐酸蒸馏法提纯恒沸盐酸(2)减压蒸馏提纯高氯酸减压蒸馏提纯高氯酸市售高氯酸的浓度为市售高氯酸的浓度为7072，接近恒沸混合物的浓，接近恒沸混合物

5、的浓度，故蒸馏后的浓度不变。度，故蒸馏后的浓度不变。在在500mL硬质玻璃蒸馏瓶中，硬质玻璃蒸馏瓶中，加入加入250300mL分析纯高氯分析纯高氯酸，将蒸馏瓶置于硫酸浴上酸，将蒸馏瓶置于硫酸浴上加热并接好冷凝管和接受瓶。加热并接好冷凝管和接受瓶。当硫酸浴温度为当硫酸浴温度为6080时开始用机械真空泵抽真时开始用机械真空泵抽真空，将系统中压力抽至空，将系统中压力抽至46666666Pa时，继续升高时，继续升高硫酸浴温度，在硫酸浴温度，在140时，高时，高氯酸开始蒸出。氯酸开始蒸出。维持浴温在维持浴温在140160亚沸蒸馏技术亚沸蒸馏技术亚沸蒸馏是近代发展起来的蒸馏技术。该亚沸蒸馏是近代发展起来的

6、蒸馏技术。该方法主要持点是用红外灯或电热丝从上方方法主要持点是用红外灯或电热丝从上方加热提纯液态物质，使液体在低于沸点条加热提纯液态物质，使液体在低于沸点条件下表面蒸发，从而避免沸腾状态下气泡件下表面蒸发，从而避免沸腾状态下气泡自液体底部上升，使母液的雾状颗粒不致自液体底部上升，使母液的雾状颗粒不致于带入馏出液中。于带入馏出液中。常用石英亚沸蒸馏器提纯水、盐酸、硝酸、常用石英亚沸蒸馏器提纯水、盐酸、硝酸、高氯酸，用聚四氟乙烯亚沸蒸馏器提纯氢高氯酸，用聚四氟乙烯亚沸蒸馏器提纯氢氟酸。氟酸。1加料器；加料器； 2三通活塞；三通活塞；3排水管；排水管；4红外线加热器；红外线加热器；5蒸馏液出口；蒸馏

7、液出口；6冷凝器；冷凝器；7益出口；益出口；8冷却水冷却水等温或等压蒸馏等温或等压蒸馏可用于制备少量的高纯盐酸和氨水。可用于制备少量的高纯盐酸和氨水。将大约将大约50mL浓盐酸和浓盐酸和50mL水，分别盛于开口水，分别盛于开口的容器并置于同一干燥的容器并置于同一干燥器内、在室温的等温条器内、在室温的等温条件下其蒸气就扩散到水件下其蒸气就扩散到水里。里。放置放置3天后就可得到天后就可得到c(HCl)=10mL/L。用这种方法提纯的盐酸，用这种方法提纯的盐酸，通常测定的通常测定的20种元素的种元素的含量都小于含量都小于109g/L 。4. 利用形成恒沸混合物的蒸馏利用形成恒沸混合物的蒸馏例：乙醇与

8、水的分离例：乙醇与水的分离95%乙醇乙醇5H2O，恒沸点恒沸点78。加苯作为夹带剂形成加苯作为夹带剂形成一沸点更低的的恒沸一沸点更低的的恒沸点混合物，除去点混合物，除去5的水。的水。二、二、 挥发分离挥发分离 两大类：两大类： (1)直接蒸馏挥发一种或一种以上的组分。直接蒸馏挥发一种或一种以上的组分。 主要用于挥发性相差悬殊的组分。主要用于挥发性相差悬殊的组分。 (2)将各组分转化为具有不同挥发性的化合物。将各组分转化为具有不同挥发性的化合物。在适当温度下用活性气态试剂处理、使主要组分或在适当温度下用活性气态试剂处理、使主要组分或痕量组分可以蒸馏挥发；痕量组分可以蒸馏挥发；用适当的方法分解样品

9、，使有关组分转化为易挥发用适当的方法分解样品，使有关组分转化为易挥发的化合物。的化合物。最常见的试剂是氟、氯、溴或者卤化氢等。最常见的试剂是氟、氯、溴或者卤化氢等。(一一)痕量组分的挥发痕量组分的挥发溶液中痕量组分的挥发溶液中痕量组分的挥发在液体样品在液体样品(或者通常把固体溶解成溶液或者通常把固体溶解成溶液)中，使痕量组分定量挥发，常用的有气流中，使痕量组分定量挥发，常用的有气流载带法、热挥发法和化学反应等方法。载带法、热挥发法和化学反应等方法。挥发出来的元素或化合物，用适当的溶液挥发出来的元素或化合物，用适当的溶液吸收，冷凝或用其它捕集方法进行富集，吸收，冷凝或用其它捕集方法进行富集，然后

10、进行测定。然后进行测定。也可直接与各种检测仪器相联接，实现试也可直接与各种检测仪器相联接，实现试样的分解、富集分离和测定同时进行。样的分解、富集分离和测定同时进行。固体和熔融体中痕量组分的挥发固体和熔融体中痕量组分的挥发 大约在大约在1000或更高的温度下，于真或更高的温度下，于真空状态，惰性保护气或活性气体中，各种空状态，惰性保护气或活性气体中，各种痕量元素可以在固体或熔融体样品中进行痕量元素可以在固体或熔融体样品中进行选择性挥发，挥发的化合物收集到吸收剂、选择性挥发，挥发的化合物收集到吸收剂、冷阱或冷凝器里。冷阱或冷凝器里。 例如：例如： 合成二氧化硅或天然石英中的合成二氧化硅或天然石英中

11、的Al，Be，Co，Fe，Ga，In，Mn，Ni， Sn和和Ti等在氢气流中加热挥发，同时等在氢气流中加热挥发，同时冷凝在一水冷碳吸收器上。冷凝在一水冷碳吸收器上。应用实例应用实例氢化物发生法分离砷、锑、铋、锗、硒、氢化物发生法分离砷、锑、铋、锗、硒、铅、锡、碲铅、锡、碲 这这8种元素能与氢生成共价的氢化物，种元素能与氢生成共价的氢化物，在常温常压下具有挥发性，即呈气体状态。在常温常压下具有挥发性，即呈气体状态。 氢化物的生成方式，现在最常用的是氢化物的生成方式，现在最常用的是1972年年Braman等提出的等提出的NaBH4HCl体系还原。体系还原。 硼氢化钠硼氢化钠(钾钾)遇酸后发生激烈水

12、解反应，遇酸后发生激烈水解反应，产生初生态氢，并把待测元素从高价态还产生初生态氢，并把待测元素从高价态还原成挥发性氢化物。原成挥发性氢化物。 BH4 3H2O HH3BO38H 3H As()AsH3(2) 蒸馏挥发蒸馏硫蒸馏挥发蒸馏硫(二二)主要组分的挥发主要组分的挥发当基体的挥发性高于待测痕量组分时，挥发当基体的挥发性高于待测痕量组分时，挥发分离基体是可行的，但高温挥发会造成痕分离基体是可行的，但高温挥发会造成痕量组分的损失，特别是像量组分的损失，特别是像As，B，Cr，Ge，Hg，Os，Re，Ru，Sb，Se，Sn等易挥等易挥发元素。发元素。1. 溶液中基体成分的挥发溶液中基体成分的挥发

13、 并不是所有元素都能在溶液中挥发并不是所有元素都能在溶液中挥发,下列元下列元素不论用哪种试剂均不挥发：素不论用哪种试剂均不挥发： Ag, Al, Ba, Be, Ca, Cd, Co, Cs, Cu, Fe, Ga, Hf, In, Ir, K, Li, Mg, Na, Nb, Ni , Pb, Pt, Rb, Rh, 稀土稀土, Si, Th, U, W, Zn, Zr固体和熔融体中基体成分的挥发固体和熔融体中基体成分的挥发 在真空中冷冻样品，水以升华的方式在真空中冷冻样品，水以升华的方式分离，称为低温冻干法或冻干法。该方法分离，称为低温冻干法或冻干法。该方法用于分离测定生物组织中的水分和水

14、中的用于分离测定生物组织中的水分和水中的痕量杂质。痕量杂质。 真空蒸馏法是提纯制备某些高纯金属，真空蒸馏法是提纯制备某些高纯金属，如，锌、镉、硒、汞和钠等的重要方法。如，锌、镉、硒、汞和钠等的重要方法。这些金属可以分别在这些金属可以分别在500，400，460，80和和350的温度下蒸馏。的温度下蒸馏。(三三)有机基体的灰化有机基体的灰化 测定有机物料中的无机痕量组分时，通常测定有机物料中的无机痕量组分时，通常需要把样品预先灰化，以除去有干扰的有需要把样品预先灰化，以除去有干扰的有机基体。机基体。 灰化方法：灰化方法： (1)干法灰化干法灰化 (2)湿法消化湿法消化 干法灰化干法灰化: 在空气或氧气中使样品的有机基体燃烧。在空气或氧气中使样品的有机基体燃烧。 将样品置于适当的容器中，