分析化学中常用的分离方法和生物试样的前处理

1、第二十一章 分析化学中常用的分离方法和生物试样的前处理分离的意义：分离的意义： 消除干扰、富集微量待测组分消除干扰、富集微量待测组分. .对分离的要求：对分离的要求： 1 1）干扰组分应减小至不再干扰被测组分的测定；）干扰组分应减小至不再干扰被测组分的测定； 2 2）被测组分在分离过程中的损失要小到可以不计。）被测组分在分离过程中的损失要小到可以不计。AA100%AR 分分离离后后的的测测定定值值样样品品中中的的总总量量被测组分被测组分A A的回收率（的回收率（R RA A）：）：气液分离气液分离：挥发和蒸馏挥发和蒸馏 克氏定氮法，克氏定氮法，Cl2预氧化预氧化I-法法液液分离液液分离螯合物萃

2、取螯合物萃取离子缔合物萃取离子缔合物萃取三元络合物萃取三元络合物萃取支撑型液膜支撑型液膜乳状液型液膜乳状液型液膜生物膜生物膜萃取分离萃取分离 液膜分离液膜分离其他分离方法其他分离方法：萃淋树脂、螯合树脂、浮选、萃淋树脂、螯合树脂、浮选、色谱分离法色谱分离法分分 离离 方方 法法固液分离固液分离沉淀分离沉淀分离离子交换分离离子交换分离氢氧化物：氢氧化物：NaOH、NH3硫化物：硫化物：H2S有机沉淀剂：有机沉淀剂：H2C2O4，丁二酮肟，丁二酮肟阳离子交换树脂阳离子交换树脂阴离子交换树脂阴离子交换树脂固相萃取固相萃取气固分离气固分离-超临界流体萃取超临界流体萃取挥发和蒸馏分离法v利用有些物质所具

3、有的挥发性或低沸点的特性，用挥发的方法或蒸馏的方法将它们与干扰物质进行分离对非金属元素特别有效对非金属元素特别有效沉淀分离法v无机沉淀剂沉淀分离法v有机沉淀剂沉淀分离法v共沉淀分离和富集氢氧化物沉淀氢氧化物沉淀 NaOH法法 可使两性氢氧化物可使两性氢氧化物(Al,Ga,Zn,Be,CrO2,Mo,W,GeO32-, V, Nb,Ta ,Sn,Pb等等)溶解而与其它氢氧化物溶解而与其它氢氧化物(Cu, Hg, Fe, Co, Ni, Ti. Zr, Hf, Th, RE等等)沉淀分离沉淀分离 氨水氨水-铵盐缓冲法铵盐缓冲法 控制控制pH值值810，使高价离子沉淀，使高价离子沉淀(Al, Sn等

4、等), 与一、二价离与一、二价离子子(碱土金属，一、二副族碱土金属，一、二副族)分离分离ZnO悬浊液法悬浊液法 控制控制pH6, 定量沉淀定量沉淀pH6以下能沉淀完全的金属离子以下能沉淀完全的金属离子有机碱法有机碱法 六次甲基四胺，吡啶，苯胺等有机碱与其共轭酸组成溶液六次甲基四胺，吡啶，苯胺等有机碱与其共轭酸组成溶液控制溶液的控制溶液的pH值值无机沉淀剂沉淀分离法无机沉淀剂沉淀分离法金属硫化物沉淀金属硫化物沉淀 控制酸度，溶液中控制酸度，溶液中S2-不同，根据溶度积，在不同酸度不同，根据溶度积，在不同酸度析出硫化物沉淀析出硫化物沉淀, As2S3, 12M HCl; HgS, 7.5M HCl

5、; CuS, 7.0M HCl; CdS, 0.7M HCl; PbS, 0.35M HCl; ZnS, 0.02M HCl; FeS, 0.0001M HCl; MnS,0.00008 M HCl 有机沉淀剂有机沉淀剂 草酸草酸: 沉淀沉淀Ca, Sr, Ba, RE, Th 铜铁试剂铜铁试剂(N-亚硝基苯基羟铵亚硝基苯基羟铵): 强酸中沉淀强酸中沉淀Cu,Fe,Zr,Ti,Ce.Th,V,Nb,Ta等，微酸中沉等，微酸中沉淀淀Al,Zn,Co,Mn,Be,Th,Ga,In,Tl等。主要用于等。主要用于1:9的硫的硫酸介质中沉淀酸介质中沉淀Fe(III),Ti(IV),V(V)等与等与Al,

6、Cr,Co,Ni分离分离 铜试剂铜试剂 (二乙胺基二硫代甲酸钠，二乙胺基二硫代甲酸钠，DDTC) 沉淀沉淀Cu,Cd,Ag,Co,Ni,Hg.Pb.Bi,Zn等重金属离子，与等重金属离子，与稀土、碱土金属离子及铝等分开稀土、碱土金属离子及铝等分开 共沉淀分离法共沉淀分离法无机共沉淀剂进行共沉淀无机共沉淀剂进行共沉淀 有机共沉淀剂进行共沉淀有机共沉淀剂进行共沉淀 l 利用表面吸附进行痕量组分的共沉淀富集利用表面吸附进行痕量组分的共沉淀富集, 选择性不高。选择性不高。共沉淀剂为共沉淀剂为Fe(OH)3, Al(OH)3等胶状沉淀等胶状沉淀, 微溶性的硫化微溶性的硫化物，如物，如Al(OH)3作载体

7、共沉淀作载体共沉淀Fe3 +,TiO2+; HgS共沉淀共沉淀Pb2+l 利用生成混晶进行共沉淀，选择性较好，如硫酸铅利用生成混晶进行共沉淀，选择性较好，如硫酸铅-硫酸硫酸鋇，磷酸铵镁鋇，磷酸铵镁-砷酸铵镁等砷酸铵镁等l 利用胶体的凝聚作用进行共沉淀利用胶体的凝聚作用进行共沉淀, 如动物胶、丹宁如动物胶、丹宁l 离子缔合共沉淀，如甲基紫与离子缔合共沉淀，如甲基紫与InI4-。l 利用利用“固体萃取剂固体萃取剂”进行共沉淀，例进行共沉淀，例 1-萘酚的乙醇溶液中，萘酚的乙醇溶液中，1-萘酚沉淀，并将萘酚沉淀，并将U(VI)与与1-亚硝基亚硝基-2-萘酚的螯合物共沉淀下来。萘酚的螯合物共沉淀下来。

8、 溶剂萃取分离法溶剂萃取分离法基本原理基本原理依据依据: “相似相溶相似相溶”, 物质在极性不同的溶剂中物质在极性不同的溶剂中 溶解度不同溶解度不同. 水水: 极性极性, 离子型化合物离子型化合物(亲水性亲水性)易溶易溶. 有机溶剂有机溶剂(丙酮丙酮,CHCl3,CCl4,苯苯): 有机化合物有机化合物 (疏水性疏水性)易溶易溶.萃取萃取: 将亲水性物质转化成疏水性化合物而将亲水性物质转化成疏水性化合物而 进入有机相进入有机相.反萃取反萃取: 恢复亲水性恢复亲水性,再回到水相再回到水相.分配平衡分配平衡示意图示意图1. 分配系数分配系数在一定温度下在一定温度下, ,浓度不太大时浓度不太大时,

9、,KD为常数为常数, ,称称分配定律。分配定律。woA 有机相有机相A 水相水相 WDOAAK 中性分子中性分子 1DWO(A)(A)aKa 严格说：严格说：I2O(g/L) 25.61 0.2913 87.9 16.54 0.1934 85.5 10.88 0.1276 85.3 6.97 0.0818 85.2I2W(gL-1)碘在碘在CCl4H2O中的分配（中的分配（25） KD2. 分配比分配比例：例：有有I-存在时存在时, I2在在CCl4H2O中的分配中的分配121WW2 WOOO(A)A +A +=(A)A +A +cDc2WOODI (I2223W2)WI I I I I (1

10、I =)KD 23(III ,710) lgKDlgDlgI-DD-I (I )2-I (I )211I 1,I 1,DKDK 当当则则当当则则3. 萃取率萃取率100%DEDR WOWOWOOOOWWOOOOWWOOW100%/100%/100%/c Vc Vc Vc Vc Vc Vc Vc Vc VDDVV 相比相比 R100%E被萃取物在有机相中的总量被萃取物在有机相中的总量被萃取物总量被萃取物总量在不同在不同KI浓度下的浓度下的I2在在CCl4-H2O体系中的体系中的D和和E(R =1)lgI-0-1-2-3-4-5-6lgD-1.10.0130.981.681.901.931.94D

11、0.0791.039.547.979.485.187.1E7.750.890.598.098.898.85 98.85相比确定时相比确定时, 分配比分配比D 越大越大, 萃取率萃取率E 越高。越高。若若D=5，R=1 时，时， 一次萃取率一次萃取率 E = 83%若若D=5，R=1/3 时，一次萃取率时，一次萃取率 E = 94%若若D=5，R=1 时，时， 三次总萃取率三次总萃取率 E = 99.5% 用同量溶剂多次萃取效果好用同量溶剂多次萃取效果好OOWW100%100%)/(/DER VVDDD VVR 萃取次数与萃取率的关系萃取次数与萃取率的关系溶剂萃取的主要类型溶剂萃取的主要类型 配

12、合物萃取体系配合物萃取体系 离子缔合物萃取体系离子缔合物萃取体系 三元配合物萃取体系三元配合物萃取体系 色谱分离法色谱分离法色谱是一种多级分离技术基于被分离物质分子在两相色谱是一种多级分离技术基于被分离物质分子在两相（一为固定相，一为流动相）中分配系数的微小差别（一为固定相，一为流动相）中分配系数的微小差别进行分离。进行分离。固定相固定相 流动相流动相色谱柱色谱柱被分离组分被分离组分原理：原理：根据溶质根据溶质A在流动相与固定相（纸纤维中吸着在流动相与固定相（纸纤维中吸着的水分）中的分配系数不同，流动相因毛细现象的水分）中的分配系数不同，流动相因毛细现象沿纸上升，沿纸上升，KD大的前进慢，大的

13、前进慢，KD小的上升快，因而小的上升快，因而溶质得到分离。溶质得到分离。纸色谱法纸色谱法 DAAK 固固定定相相流流动动相相固定相固定相滤纸上的吸附水滤纸上的吸附水流动相流动相溶剂（乙醇、丙醇、丙酮及与水不相溶溶剂（乙醇、丙醇、丙酮及与水不相溶 的溶剂）的溶剂） 纸色谱示意图纸色谱示意图 Rf 0.02，A、B可分离可分离.12f1f2fxRyxRyxRy 比移值比移值溶剂前沿溶剂前沿起始线起始线（原点）（原点）展开剂展开剂yx2x1层析缸层析缸层层析析纸纸与标样比较可定性鉴定与标样比较可定性鉴定薄薄层层板板玻璃板玻璃板上涂吸附剂层上涂吸附剂层SiO2Al2O3上行法上行法薄层板薄层板层层析析

14、缸缸展开剂展开剂层层析析缸缸展开剂展开剂滤纸条滤纸条下行法下行法薄层板薄层板薄层色谱法薄层色谱法薄层色谱法点样及展开过程薄层色谱法点样及展开过程展展开开后后的的薄薄层层板板离子交换分离法：利用离子交换剂与溶液离子交换分离法：利用离子交换剂与溶液中的离子之间发生的交换反应进行分离的中的离子之间发生的交换反应进行分离的方法。方法。 离子交换分离法离子交换分离法离子交换树脂离子交换树脂离子交换树脂的种类离子交换树脂的种类特种树脂特种树脂螯合树脂螯合树脂大孔树脂大孔树脂萃淋树脂萃淋树脂纤维素交换剂纤维素交换剂阳离子交换树脂阳离子交换树脂阴离子交换树脂阴离子交换树脂强酸性阳离子交换树脂强酸性阳离子交换树

15、脂弱酸性阳离子交换树脂弱酸性阳离子交换树脂R-SO3H树脂树脂, 如国产如国产732R-COOH, R-OH 树脂树脂强碱性阴离子交换树脂强碱性阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂R4 N+Cl- 树脂树脂-NH2, -NHR, -NR2 树脂树脂 离子交换树脂的结构与性质离子交换树脂的结构与性质 CHCH2CH2CHCH2CHCH2CHCH2CHSO3HCHCH2CH2CH2CH2CHCH2CHSO3HCHCH2SO3HnnCH CH2CHCH2CHCH2+高分子聚合物，具有网状结构，稳定性好。在网状结构高分子聚合物，具有网状结构，稳定性好。在网状结构的骨架上连接有活性基团

16、，如的骨架上连接有活性基团，如-SO3H, -COOH,-N(CH3)3Cl等，它们可以与溶液中的离子进行交换。等，它们可以与溶液中的离子进行交换。离子交换的过程：离子交换的过程：R-SO3H + Na+ R-SO3Na + H+R-N(CH3)3Cl + OH- R-N(CH3)3OH + Cl- 交联度交联度: 树脂合成中，二乙烯苯为交联剂，树脂中含树脂合成中，二乙烯苯为交联剂，树脂中含有二乙烯苯的百分率就是该树脂的交联度。有二乙烯苯的百分率就是该树脂的交联度。 交联度小，溶涨性能好，交换速度快，选交联度小，溶涨性能好，交换速度快，选择性差，机械强度也差；择性差，机械强度也差；交联度大的树

17、脂优缺点正相反。交联度大的树脂优缺点正相反。一般一般414适宜。适宜。交换容量交换容量: 每克干树脂所能交换的物质的量每克干树脂所能交换的物质的量(mmol)。一般树脂的交换容量一般树脂的交换容量36mmol/g。离子在离子交换树脂上的交换能力，与离子的水合离子半径、电荷与离子的极化程度有关。离子交换树脂的亲合力离子交换树脂的亲合力 强酸性阳离子交换树脂强酸性阳离子交换树脂 Li+ H+ Na+ NH4+ K+ Rb+ Cs+ Ag+ Tl+ U(VI)Mg2+Zn2+Co2+Cu2+Cd2+Ni2+Ca2+Sr2+Pb2+Ba2+ Na+Ca2+Al3+Th4+ 对于弱酸性阳离子交换树脂，对于弱酸性阳离子交换树脂，H的亲合力大于阳离子的亲合力大于阳离子 水合离子半径水合离子半径,电荷电荷,离子的极化程度离子的极化程度 ,亲和力亲和力a 阳离子交换树脂阳离子交换树脂b.阴离子交换树脂阴离子交换树脂强碱型阴离子交换树脂强碱型阴离子交换树脂F-OH-CH3COO-HCOO-Cl-NO2-CN-Br-C2O42- NO3- HSO4- I- CrO42- SO42- Cit.强碱型阴离子交换树脂强碱型阴离子交换树脂F-Cl-BrI-CH3COO-MoO42-PO43-AsO43-NO3-Tart.CrO42- SO42- OH-其它分离