[理学]第04章结晶分离及升华技术ppt课件

1、第四章第四章 结晶分离及升华技术结晶分离及升华技术4.1 4.1 沉淀法及盐析法沉淀法及盐析法4.2 4.2 重结晶重结晶 4.3 4.3 多步结晶多步结晶4.4 4.4 升华升华沉淀法：在试样中加入沉淀剂或改变沉淀法：在试样中加入沉淀剂或改变pHpH值，值，使所需的组分溶解度减小或者与沉淀剂形使所需的组分溶解度减小或者与沉淀剂形成不溶物而沉淀出来的办法。成不溶物而沉淀出来的办法。沉淀过程沉淀过程 从任何均相流体中析出固体物质的过程。从任何均相流体中析出固体物质的过程。沉淀过程发生的必要条件沉淀过程发生的必要条件 溶液体系对某种溶质是溶液体系对某种溶质是过饱和的。过饱和的。使溶质达到过饱和的方

2、法使溶质达到过饱和的方法 冷却法。蒸发法。冷却法。蒸发法。溶剂转化法。盐析法。反应沉淀分离法。溶剂转化法。盐析法。反应沉淀分离法。(1) (1) 原理原理：利用中性醋酸铅或碱式醋酸铅：利用中性醋酸铅或碱式醋酸铅在水或稀的醇溶液中能与许多物质生成在水或稀的醇溶液中能与许多物质生成难溶的铅盐或络盐而得到分离。难溶的铅盐或络盐而得到分离。中性醋酸铅可以沉淀：有机酸、蛋白质、中性醋酸铅可以沉淀：有机酸、蛋白质、氨基酸、鞣质、酸性皂甙、树脂及部分氨基酸、鞣质、酸性皂甙、树脂及部分黄酮甙等酸性或酚类物质。黄酮甙等酸性或酚类物质。碱式醋酸铅沉淀：上述所有、甙类、糖碱式醋酸铅沉淀：上述所有、甙类、糖类及一些生

3、物碱等碱性物质。类及一些生物碱等碱性物质。例如：例如：具有二羟基结构的黄酮具有二羟基结构的黄酮利用铅盐沉淀分离。利用铅盐沉淀分离。OOOHOH 在中药的乙醇或甲醇提取液中加入饱和的中性在中药的乙醇或甲醇提取液中加入饱和的中性乙酸铅水溶液，可使具有邻二酚羟基或羧基的黄酮乙酸铅水溶液，可使具有邻二酚羟基或羧基的黄酮类化合物沉淀析出。此类化合物沉淀析出。此悬浮于乙醇中，通入悬浮于乙醇中，通入H2S进行复分解，滤除硫化铅沉淀，滤液中可得黄酮类进行复分解，滤除硫化铅沉淀，滤液中可得黄酮类化合物。化合物。(2) (2) 一个试样可以依次用中性醋酸铅、碱性醋酸一个试样可以依次用中性醋酸铅、碱性醋酸铅将试液的

4、组分分成三部分：铅将试液的组分分成三部分：试 液Pb(OAC)2中性沉淀水洗沉淀()洗液滤液碱式醋酸铅沉淀水洗沉淀()洗液滤液()()(3) (3) 脱铅方法脱铅方法 ：通通H H2 2S S气体。气体。( (使沉淀转化为溶解度更小的使沉淀转化为溶解度更小的PbS) ) 加入强酸性阳离子交换树脂加入强酸性阳离子交换树脂。（使铅离子转移到（使铅离子转移到树脂上）树脂上）加入磷酸或稀硫酸。（使沉淀转化为加入磷酸或稀硫酸。（使沉淀转化为Ksp小的小的PbSO4orPb3(PO4)）加入某些特殊的试剂使目标物质沉淀出来加入某些特殊的试剂使目标物质沉淀出来有机物中含：有机物中含：鞣质鞣质用明胶或蛋白质将

5、其沉淀出来。用明胶或蛋白质将其沉淀出来。 胰岛素胰岛素用用Zn离子将其沉淀出来（二者形成复合物离子将其沉淀出来（二者形成复合物）。）。生物碱生物碱用某些沉淀试剂，使其生成不溶性复盐而用某些沉淀试剂，使其生成不溶性复盐而出来。出来。蛋白质蛋白质调节调节pH=PI（等电点）使其（等电点）使其出来。出来。橙皮甙、芦丁、黄苓甙、甘草皂甙橙皮甙、芦丁、黄苓甙、甘草皂甙加酸可以使其加酸可以使其出来出来 。洋地黄皂甙洋地黄皂甙加甾体皂甙形成难溶的分子复合物加甾体皂甙形成难溶的分子复合物 再分离、分解再分离、分解/ /还原。还原。 4.1.3 4.1.3 盐析法盐析法（1 1） 原理原理: :在有机物的水溶液

6、中加入大量的无机盐，在有机物的水溶液中加入大量的无机盐，会使有机物溶解度减小而沉淀出来。会使有机物溶解度减小而沉淀出来。（2 2） 特点特点: :不会破坏蛋白质、肽、酶等生物活性，不会破坏蛋白质、肽、酶等生物活性，处理量大，操作方便。处理量大，操作方便。（3 3） 盐的种类盐的种类：盐析性盐：能使蛋白质水溶性减小的盐。盐析性盐：能使蛋白质水溶性减小的盐。常用的有：常用的有：Na2SO4、KH2PO4、Na2HPO4、(NH4)2SO4、KOAC、NaOAc、NaCl 盐溶性盐盐溶性盐 ：使蛋白质的溶解度反而增大。：使蛋白质的溶解度反而增大。常用的有：盐酸胍、脲、硫氰酸盐等（它们的加入常用的有：

7、盐酸胍、脲、硫氰酸盐等（它们的加入还会破坏蛋白质的活性）。还会破坏蛋白质的活性）。（4 4） 盐析性盐加入蛋白质水溶液中会产生两种影响盐析性盐加入蛋白质水溶液中会产生两种影响 使蛋白质溶解度增大。使蛋白质溶解度增大。因为：盐的离子与蛋白质的亲水基团因为：盐的离子与蛋白质的亲水基团（-OH，COOH，-NH2）作用，降低蛋白质的活度系数。作用，降低蛋白质的活度系数。使蛋白质溶解度减小。使蛋白质溶解度减小。因为：盐会破坏蛋白质表面水化膜，使蛋白质的因为：盐会破坏蛋白质表面水化膜，使蛋白质的疏水基团疏水基团（-ph，-CH3，-CHn，C=C）之间疏之间疏水力增加，即蛋白质之间疏水力增大。水力增加，

8、即蛋白质之间疏水力增大。盐浓度（离子强度）与蛋白质溶解度的关系怎样衡量？盐浓度（离子强度）与蛋白质溶解度的关系怎样衡量？ 蛋白质溶解度与离子强度的关系：蛋白质溶解度与离子强度的关系： lgs=lgso - ksI式中：式中：s为某离子强度下蛋白质的溶解度；为某离子强度下蛋白质的溶解度； so为为I=0时蛋白质的溶解度；时蛋白质的溶解度； ks是盐析系数，它与蛋白质有关，还与盐的种类、是盐析系数，它与蛋白质有关，还与盐的种类、pH值及温度有关；值及温度有关； I是离子强度。是离子强度。I=（MZ2）/ 2，M是离子摩尔数，是离子摩尔数，Z是对应离子的价数。是对应离子的价数。 例如：提取麻黄碱、苦

9、参碱。例如：提取麻黄碱、苦参碱。 向其中加入向其中加入NaCl溶液，让其溶解度减小。溶液，让其溶解度减小。 以提高有机溶剂萃取率。以提高有机溶剂萃取率。（1 1）原理）原理：样品为少量的浓溶液，溶剂为：样品为少量的浓溶液，溶剂为A，加入，加入大量与大量与A相溶而与溶质不溶或微溶的有机溶剂相溶而与溶质不溶或微溶的有机溶剂B，溶质的溶解度在有机溶剂溶质的溶解度在有机溶剂A 中减小而析出。中减小而析出。条件条件：有机溶剂：有机溶剂B B与与A必须有互溶性。必须有互溶性。 样品在有机溶剂样品在有机溶剂B B中微溶或不溶。中微溶或不溶。（2 2）溶剂的选择）溶剂的选择：溶质在水溶质在水(A)中溶解度大，

10、在有机溶剂中溶解度大，在有机溶剂(B)中不溶。中不溶。溶剂溶剂(B)与水与水(A)互溶。互溶。溶剂与提取物无化学作用。溶剂与提取物无化学作用。 无毒性、价廉。无毒性、价廉。（3 3）应用）应用例子：高分子材料中例子：高分子材料中“高聚物高聚物”与与“添加剂添加剂”分分离。离。高分子材料溶剂浓溶液不断搅拌，逐滴 沉淀溶剂添加剂溶剂 沉淀剂高聚物洗涤纯品高聚物丙酮or 二甲亚砜or N,N-二甲基甲酰胺条件：与高聚物不溶解 且与前溶剂相溶 性极好 例：甲醇、乙醇 用量： 10倍以上高 分子溶液量（4 4）缺点）缺点：选择性不强：选择性不强 消耗大量溶剂。消耗大量溶剂。目的：纯化固体目标物 利用在一

11、定溶剂中各种组分溶解度的不同和有机利用在一定溶剂中各种组分溶解度的不同和有机物在加热、冷却时溶解度大、小不同的性质来除去少物在加热、冷却时溶解度大、小不同的性质来除去少量杂质的方法。即：量杂质的方法。即： 样品溶解溶液趁热过滤固体杂质滤液冷却固体液体过滤 固 体（纯的样品） 液 体（含杂质）洗涤 干燥测熔点产品注意：杂质溶解度越大被提纯物在加热和常温下注意：杂质溶解度越大被提纯物在加热和常温下 溶解度差别越大溶解度差别越大 则重结晶的回收率越高。则重结晶的回收率越高。 ( (重结晶的关键重结晶的关键) )（1 1）理想的溶剂应符合下列条件：）理想的溶剂应符合下列条件： 不与被提纯物质起反应。不

12、与被提纯物质起反应。 样品中被提纯的组分在该溶剂中加热时溶解度样品中被提纯的组分在该溶剂中加热时溶解度大而常温下溶解度小，这两者之差越大越好。大而常温下溶解度小，这两者之差越大越好。 杂质在溶剂中溶解度大，可以留在母液中，不杂质在溶剂中溶解度大，可以留在母液中，不会结晶出来；或者溶解度极小，很难溶于热溶会结晶出来；或者溶解度极小，很难溶于热溶剂中而过滤除去。剂中而过滤除去。 溶剂容易挥发，使结晶容易干燥。溶剂容易挥发，使结晶容易干燥。 被重结晶的有机物可以得到好的晶体。被重结晶的有机物可以得到好的晶体。（2 2）溶剂的选择）溶剂的选择粗选：经验和“相似相溶”规则 表4-1 重结晶常用溶剂溶剂名

13、称沸点密度溶剂名称沸点密度水100.01.00乙酸乙酯77.10.90甲醇64.70.79二氧六环101.31.03乙醇78.00.79二氯甲烷40.81.34丙酮56.10.79二氯乙烷83.81.24乙醚34.60.71三氯甲烷61.21.493060四氯甲烷76.81.58石油醚60900.680.72硝基甲烷120.01.14环己烷80.80.78甲乙酮76.60.81苯80.10.88甲苯110.60.87乙腈81.60.78精选：试管实验筛选法。方法如下页。 判断标准：只有当溶剂的量在23mL内，试样能全溶于沸腾的溶剂中，而在冷却后有较多的结晶析出者，方可作为结晶的候选溶剂。通常要

14、做出几种溶剂试验，相互比较，选出结晶速度适当，产率高者，作为最佳溶剂。溶完，溶剂不合适溶完，冷却后观察结晶情况不溶，溶剂不合适不溶，再补加0.5ml 溶剂，再加热至沸后不溶，再补加0.5ml 溶剂，再加热至沸后观不溶，再补加0.5ml 溶剂，再加热至沸后观察不溶，补加0.5ml 溶剂，再加热至沸后观察未溶完，加热至沸腾，观察溶解情况振摇后，观察溶解情况0.1g试样+1ml溶剂A没有合适的单一溶剂，可使用混合溶剂。混合溶剂筛选方法：选用两种互溶的溶剂，其中一种必须对样品是易溶的，另一种则是难溶或不溶的。将少量的样品溶于易溶的溶剂中，然后向其中逐渐加入已预热的难溶溶剂，至溶液刚好出现混浊为止。再滴

15、加12滴易溶溶剂，使混浊消失。冷却，结晶析出，则这种溶剂适用。纪录两种溶剂的体积比。实际操作时，可按上述程序进行，也可按比例配制好后使用。 表 32 常用混合溶剂甲醇水乙醚甲醇二氯甲烷甲醇乙醇水乙醚丙酮二氧六环水乙酸水乙醚石油醚（3060）氯仿乙醚丙酮水苯石油醚（6090）苯无水乙醇工作程序：热饱和溶液配制工作程序：热饱和溶液配制热过滤热过滤冷却析晶冷却析晶减压减压抽滤抽滤晶体洗涤晶体洗涤干燥干燥目标物目标物（1 1）溶解：）溶解：加入溶剂要适量。加入溶剂要适量。( (一般所加的溶剂比一般所加的溶剂比被结晶物制成饱和溶液多被结晶物制成饱和溶液多20%左右。左右。)热饱和溶液配制热饱和溶液配制：

16、将待结晶的物质和略少于需要量的溶剂置于烧瓶或锥形：将待结晶的物质和略少于需要量的溶剂置于烧瓶或锥形瓶中，（装上冷凝器）加热至沸腾。若未完全溶解时，可补加少量溶剂，瓶中，（装上冷凝器）加热至沸腾。若未完全溶解时，可补加少量溶剂，直至沸腾时能够完全溶解为止。但要注意判断是否有杂质存在，以免加入直至沸腾时能够完全溶解为止。但要注意判断是否有杂质存在，以免加入溶剂过量。溶剂过量。注意事项：注意事项：一般溶剂的量是按饱和溶液的需要量多加一般溶剂的量是按饱和溶液的需要量多加20%，这是一个参考值，在实，这是一个参考值，在实际工作中，主要由实验确定。际工作中，主要由实验确定。溶液中的颜色或树脂状悬浮物可通过

17、加入溶液中的颜色或树脂状悬浮物可通过加入15%的活性碳进行脱色。活的活性碳进行脱色。活性碳的量不宜过多，且必须在样品溶解完全后，等溶液稍冷之后再加入。性碳的量不宜过多，且必须在样品溶解完全后，等溶液稍冷之后再加入。此后，再加热此后，再加热510min。使用易燃、有毒溶剂时，应注意装上冷凝器和避免使用明火加热。使用易燃、有毒溶剂时，应注意装上冷凝器和避免使用明火加热。（2 2） 热过滤：热过滤：为除去固体杂质或为脱有色杂质的为除去固体杂质或为脱有色杂质的颜色而加入的活性颜色而加入的活性C C，一定要趁热过滤。其技术？，一定要趁热过滤。其技术？热过滤：热过滤：（要求尽可能在较短时间内和溶液保温下完

18、成）（要求尽可能在较短时间内和溶液保温下完成） 利用折叠滤纸和预热的普通漏斗进行的重力过滤法。漏斗利用折叠滤纸和预热的普通漏斗进行的重力过滤法。漏斗预热方法有两种：沸腾溶剂直接预热，适用于水溶剂，装预热方法有两种：沸腾溶剂直接预热，适用于水溶剂，装置如图置如图4 41；用保温热水漏斗套保温过滤，适用于所有溶；用保温热水漏斗套保温过滤，适用于所有溶剂，装置及加热方法如图。保温漏斗夹层中的水量一般为剂，装置及加热方法如图。保温漏斗夹层中的水量一般为2/3，过滤前应预先将其加热到所需要的温度，然后熄灭火，过滤前应预先将其加热到所需要的温度，然后熄灭火源即可起到保温过滤作用。源即可起到保温过滤作用。滤

19、纸折叠方法：滤纸折叠方法：折叠滤纸可提高过滤速度。扇形滤纸是其中折叠滤纸可提高过滤速度。扇形滤纸是其中常用的一种，其折叠方法如下图。使用前将滤纸内外翻转常用的一种，其折叠方法如下图。使用前将滤纸内外翻转即可。即可。 图4-1 常压热过滤和减压过滤装置 图4-2 扇形滤纸的折叠方法（3) 3) 结晶：结晶：滤液在放置冷却过程中，溶质的溶滤液在放置冷却过程中，溶质的溶解度随母液的温度降低而减小，会有结晶逐渐析解度随母液的温度降低而减小，会有结晶逐渐析出。其技术？出。其技术？析晶：析晶：有自然冷却法和强制冷却法两种。有自然冷却法和强制冷却法两种。自然冷却法自然冷却法/ /室温冷却法析晶较慢，效果较好

20、。室温冷却法析晶较慢，效果较好。强制冷却法强制冷却法/ /快速冷却法析晶较快。若搅拌会快速冷却法析晶较快。若搅拌会使结晶颗粒较细，其表面常会吸附杂质；但结使结晶颗粒较细，其表面常会吸附杂质；但结晶速度过慢，将导致晶体颗粒过大，结晶中会晶速度过慢，将导致晶体颗粒过大，结晶中会包藏有溶液和杂质。包藏有溶液和杂质。诱导结晶的方法：玻棒擦壁；晶种法；诱导结晶的方法：玻棒擦壁；晶种法；(4) (4) 减压过滤与干燥：减压过滤与干燥：减压减压过滤过滤- -母液与结晶分离。母液与结晶分离。洗涤洗涤- -晶体表面的母液和杂质，要用重结晶的溶剂洗。晶体表面的母液和杂质，要用重结晶的溶剂洗。干燥干燥- -抽滤得到

21、的结晶总附有少量溶剂。其方法？抽滤得到的结晶总附有少量溶剂。其方法？固液分离和结晶洗涤固液分离和结晶洗涤 固液分离：用减压抽滤法完成，瓶中残留结晶的转移可固液分离：用减压抽滤法完成，瓶中残留结晶的转移可用少量母液反复冲洗完成。将晶体尽量抽干，必要时可用少量母液反复冲洗完成。将晶体尽量抽干，必要时可用玻璃塞或镍刮刀挤压晶体。用玻璃塞或镍刮刀挤压晶体。 洗涤：停止抽气，滴加少量的洗涤液润湿晶体表面，再洗涤：停止抽气，滴加少量的洗涤液润湿晶体表面，再抽干。依次反复抽干。依次反复2-32-3次。如果结晶较多且又紧密时，可次。如果结晶较多且又紧密时，可在加入洗涤液后，用镍刮刀将结晶轻轻掀起并加以搅动，在

22、加入洗涤液后，用镍刮刀将结晶轻轻掀起并加以搅动，使全部结晶湿润。最后用刮刀将结晶移至干净的表面皿使全部结晶湿润。最后用刮刀将结晶移至干净的表面皿上进行干燥。上进行干燥。 减 压 抽 滤 技 术 ：减 压 抽 滤 技 术 ： 使 用 的 是 布 氏 漏 斗使 用 的 是 布 氏 漏 斗（Buchner）。筛板上的滤纸大小应和布氏）。筛板上的滤纸大小应和布氏漏斗底部恰好合适，抽滤前用溶剂润湿滤纸漏斗底部恰好合适，抽滤前用溶剂润湿滤纸并与漏斗底部贴紧。在过滤过程中漏斗里应并与漏斗底部贴紧。在过滤过程中漏斗里应一直保持有较多的溶液。在未过滤完以前不一直保持有较多的溶液。在未过滤完以前不要抽干，同时注意

23、调节真空度以防止由于压要抽干，同时注意调节真空度以防止由于压力过低而导致溶液沸腾。方法是用手稍稍捏力过低而导致溶液沸腾。方法是用手稍稍捏住抽气管，使吸滤瓶中仍保持一定的真空度，住抽气管，使吸滤瓶中仍保持一定的真空度，而能继续迅速抽滤。而能继续迅速抽滤。 当某个待纯化的样品中含有两个以上的成当某个待纯化的样品中含有两个以上的成分，难以用简单的重结晶法得到纯组分时，分，难以用简单的重结晶法得到纯组分时，可以用分步结晶法来完成纯化工作。可以用分步结晶法来完成纯化工作。 目的目的：分离易挥发且热稳定的固体物质，是一种：分离易挥发且热稳定的固体物质，是一种纯化固体有机物的方法之一纯化固体有机物的方法之一

24、 。条件条件：固体物质必须在其熔点之下具有相当高蒸：固体物质必须在其熔点之下具有相当高蒸气压。气压。（1 1）基本原理）基本原理：物质从固态不经过液态而直接：物质从固态不经过液态而直接转变为蒸气，然后物质的蒸气不经过液态又直转变为蒸气，然后物质的蒸气不经过液态又直接转变为固态的过程。即：固体接转变为固态的过程。即：固体气体气体固体固体 物质的三相平衡图：当物质处于一定温度和压力时，物质的三相平衡图：当物质处于一定温度和压力时，其固、液、气三相处于平衡状态，该条件称为物质的三相其固、液、气三相处于平衡状态，该条件称为物质的三相点。一般说来，不同的物质具有不同的三相点。点。一般说来，不同的物质具有不同的三相点。PTLiquidSolidGas图4-3 物质的三相平衡图 图图4-4 4-4 常压升华