分析化学课件

12第三章滴定分析法概论§3.1滴定分析法

使用滴定管将一种已知准确浓度的试剂溶液（标准溶液）滴加到待测物的溶液中，直到待测组分恰好完全反应为止，然后根据标准溶液的浓度和所消耗的体积，算出待测组分的含量。3§3.2滴定分析基本术语滴定(Titration)：滴加标准溶液的操作过程。化学计量点(Stoichiometricpoint)：滴加标准溶液与待测组分恰好完全反应之点。指示剂(Indicator)：滴定分析中能发生颜色改变而指示终点的试剂终点(Endpoint)：指示剂变色之点。终点误差(Errorofendpoint)：实际分析操作中指示剂变色点与化学计量点之间的差别。4§3.3滴定分析法特点简便、快速，适于常量分析准确度高应用广泛5§3.4滴定分析法的分类酸碱滴定法：是以质子传递反应为基础的一种滴定分析法。酸滴定碱B-:H++B-HB

沉淀滴定法:

是以沉淀反应为基础的一种滴定分析法。如银量法:Ag++Cl-=AgCl(白

)以化学反应为为基础的分析方法，称为化学分析法(chemicalanalysis)，包括重量分析法和滴定分析法.滴定分析法按照所利用的化学反应类型不同，可分为下列四种6滴定分析法的分类络合滴定法：是以络合反应为基础的一种滴定分析法。如EDTA滴定法:M+Y=MY

氧化还原滴定法：是以氧化还原反应为基础的一种滴定分析法。如KMnO4法MnO4-+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O7§3.5滴定分析反应的条件和滴定方式§3.5.1滴定分析反应的条件反应必须具有确定的化学计量关系反应定量地完成（≧99.9%）反应速度要快无副反应能用比较简便的方法确定滴定终点8§3.5.2滴定方式1.直接滴定法（涉及一个反应）完全满足滴定分析反应的条件可用直接滴定法滴定剂与被测物之间的反应式为：

aA+bB=cC+dD

滴定到化学计量点时，a

摩尔A与b

摩尔B作用完全如HCl标准溶液滴定NaOH溶液92.返滴定法先准确加入过量标准溶液，使与试液中的待测物质或固体试样进行反应，待反应完成以后，再用另一种标准溶液滴定剩余的标准溶液的方法。适用于反应较慢或难溶于水的固体试样。如EDTA滴定Al3+、NaOH标准溶液测定CaCO310返滴定法例：Al3++一定过量EDTA标液

剩余EDTAZn2+标液，EBT

返滴定n(EDTA)总

-n(EDTA)过量

=n(Al)(c·V)

(EDTA)总

-(c·V)(Zn)=(c·V)(Al)11返滴定法例：固体CaCO3+一定过量HCl标液剩余HCl标液NaOH标准溶液

返滴定12返滴定法例:Cl-+一定过量AgNO3标准溶液

剩余AgNO3标准溶液

NH4SCN标准溶液

Fe3+

指示剂返滴定

淡红色[Fe(SCN)]2+133.间接滴定法

通过另外的化学反应，以滴定法定量进行。适用于不能与滴定剂起化学反应的物质。例：Ca2+CaC2O4沉淀

H2SO4

C2O42-

KMnO4标液间接测定14间接滴定法如氧化还原法测定Pb2+Pb2++CrO42-=PbCrO4HClCr2O72-Cr2O72-＋14H+＋6Fe2+

＝2Cr3+＋6Fe3++H2O154.置换滴定法

先用适当试剂与待测物质反应，定量置换出另一种物质，再用标准溶液去滴定该物质的方法。适用于无明确定量关系的反应。Na2S2O3+K2Cr2O7S4O62-+SO42-

无定量关系

K2Cr2O7+过量KI定量生成I2

Na2S2O3

标液淀粉指示剂

深蓝色消失16§3.6标准溶液§3.6.1标准溶液配制1.直接配制法直接用容量瓶配制，定容。一般使用基准试剂或优级纯。2.间接配制法（标定法）标准溶液的浓度通过基准物来确定或用一种已知浓度的标液来确定另一种溶液的浓度方法17基准物质：能用于直接配制或标定标准溶

液的物质基准物质称量溶解定量转移至容量瓶稀释至刻度，根据称量的质量和体积计算标准溶液的准确浓度。18(1)物质必须具有足够的纯度(99.9%)(2)物质组成与化学式应完全符合(3)稳定；(4)具有较大的摩尔质量，为什么？对基准物质的要求：常用的基准物有：无水Na2CO3、KHC8H4O4、Na2B4O7·10H2OCaCO3K2Cr2O7、NaC2O4、H2C2O4·2H2ONaCl19§2.6.2标准溶液浓度表示方法1.物质量的浓度:单位体积溶液所含物质的量应指明基本单元：原子、分子、离子、电子等。202.滴定度TA

指每毫升标准溶液含有溶质的质量TB/A

指每毫升滴定剂（A）溶液相当于待测物（B）的质量

21滴定剂的量浓度与滴定度的换算例：THCl=0.003001g/mL表示1mLHCl标液中含有0.003001gHClTHCl/NaOH=0.003001g/mL表示每消耗1mLNaOH

标液可与0.003001gHCl完全反应22例：用0.02718mol/L的高锰酸钾标准溶液测定铁含量，其浓度用滴定度表示为：

T

Fe/KMnO4=0.007590g/mL即：表示1mLKMnO4标准溶液相当于0.007590克铁。测定时，根据滴定所消耗的标准溶液体积可方便快速确定试样中铁的含量：

m

Fe=T

Fe/KMnO4

VKMnO423§3.7滴定分析结果的计算§3.7.1滴定分析计算依据

SP时

或

化学计量数之比

物质的量之比

P

tT+aA242.固体和液体之间作用：注意：化学反应配平；单位换算

!注：VT单位为mL!注：VT单位为L1.两种溶液相互作用：253.滴定度T与物质的量浓度C的关系每毫升滴定剂溶液相当于待测物质的质量264.待测物百分含量的计算：称取试样S克，含待测组分A的质量为mA克，则待测组分的百分含量为27§3.7.2滴定分析计算实例例1：现有0.1200mol/L的NaOH标准溶液200mL，欲使其浓度稀释到0.1000mol/L，问要加水多少mL？解：设应加水的体积为VmL，根据溶液稀释前后物质的量相等的原则，28续滴定分析计算例2：将0.2500gNa2CO3基准物溶于适量水中后，用0.2mol/L的HCl滴定至终点（甲基橙），问大约消耗此HCl溶液多少毫升？解：29续滴定分析计算例3：若TNa2CO3/HCl=0.005300g/mL，试计算HCl标准溶液物质量的浓度。解：30续滴定分析计算例4：TFe/K2Cr2O7

=0.005000g/mL，如消耗K2Cr2O7标准溶液21.50毫升，问被滴定溶液中铁的质量？解:31续滴定分析计算例5：测定药用Na2CO3的含量，称取试样0.1230g，溶解后用浓度为1006mol/L的HCl标准溶液滴定，终点时消耗该HCl标液23.50mL，求试样中Na2CO3

的百分含量。解：32续滴定分析计算例6：精密称取CaO试样0.06000g，以HCl标准溶液滴定之，已知TCaO/HCl=0.005600g/mL，消耗HCl10mL，求CaO的百分含量？解：33定量分析实验方案设计

参与式讨论试设计用酸碱滴定法、络合滴定法、氧化还原滴定法、重量分析法测定石灰石中碳酸钙的含量的方案（包括化学反应、基准物质、滴定剂、指示剂，计算公式）。9.1概述(Briefintroduction)在实际分析工作中，遇到的样品往往含有多种组分，进行测定时彼此发生干扰，不仅影响分析结果的准确度，甚至无法进行测定。为了消除干扰，比较简单的方法是控制分析条件或采用适当的掩蔽剂。但是在许多情况下，仅仅控制分析条件或加入掩蔽剂，不能消除干扰，还必须把被测元素与干扰组分分离以后才能进行测定。所以定量分离是分析化学的重要内容之一。概述在痕量分析中，试样中的被测元素含量很低，如饮用水中Cu2+的含量不能超过0.1mg／L、Cr(Ⅵ)的含量不能超过0.65mg／L等。这样低的含量直接用一般方法是难以测定,因此可以在分离的同时把被测组分富集起来，然后进行测定。所以分离的过程也同时起到富集的作用，提高测定方法的灵敏度。1.分离在定量分析中的作用

(1)将被测组分从复杂体系中分离出来后测定(2)把对测定有干扰的组分分离除去(3)将性质相近的组分相互分开(4)把微量或痕量的待测组分通过分离达到富集的目的分离前的体系：均相；两组分A、B的分离；分离体系总是两相；液-液；液-固；气-液；2.回收率(recovery)一种分离方法的分离效果，是否符合定量分析的要求，可通过回收率的大小来判断，例如，当分离物质A时，回收率式中RA表示被分离组分回收的完全程度。在分离过程中，RA越大（最大接近于1）分离效果越好。常量组分的分析，要求RA≥0.99;微量组分的分析，要求RA≥0.95；如果被分离组分含量极低（例如0.001-0.0001%），则RA≥0.95就可以满足要求。3.分离因数如果在分离时，是为了将物质A与物质B分离开来。则希望两者分离得越完全越好，其分离效果可用分离因数SB/A表示。式中：SB/A表示分离的完全程度。在分离过程中，SB/A越小，分离效果越好。对常量组分的分析，一般要求SB/A≤10-3；对痕量组分的分析，一般要求SB/A=10-6左右。4.常用分离方法

解决常规分离技术（蒸馏、重结晶）所不能解决的分离问题；性质特别接近物质的分离。1)沉淀分离法传统分离方法，采用沉淀剂；液-固分离。2)溶剂萃取分离法被分离物质由一液相转入互不相溶的另一液相的过程；液-液两相；互不相溶。超临界萃取。常用分离方法3)离子交换分离法通过带电荷溶质与固体(或液体)离子交换剂中可交换的离子进行反复多次交换而达到分离。4)膜分离技术发展较快的一种分离方法；模拟生物过程；利用半透膜（高选择性）淡化海水。5)色谱分离方法柱层析；制备型气相色谱；制备型液相色谱；5.现代分离技术的进展

以膜分离技术、高效制备色谱、超临界萃取为代表的现代分离技术；

生物技术的发展需要高效分离技术：核酸、酶、蛋白质、多肽等的活性物质的纯化；6.定量分离的应用1）分析对象的复杂性天然产物——提取具有生理活性的组分如紫杉醇中草药——有效组分的测定、分离2）药物、高纯试剂的制备

青霉素过敏的原因是含微量其它组分，提纯后——可口服235铀、238铀的分离是利用235UF6和235UF6蒸汽扩散速度的差别。3）分析过程中的干扰分离仪器分析的选择性和灵敏度不断提高，但在很多情况下有干扰存在。干扰组分分离。9.2沉淀分离法9.2.1一般方法氢氧化物沉淀法(常量组分)两性元素与非两性元素分离pH8~9,NH3-NH4Cl:高价与低价金属离子分离H2S系统分组方案对沉淀反应的要求：所生成的沉淀溶解度小、纯度高、稳定1.氢氧化物沉淀分离法沉淀剂：NaOH，NH3H2O影响因素：溶液pH，共沉淀2.硫化物沉淀分离法沉淀剂：H2S约40余种金属离子可生成难溶硫化物沉淀；各种金属硫化物沉淀的溶解度相差较大；根据H2S的分布曲线，溶液中S2-的浓度与pH有关，控制溶液pH可控制分步沉淀。

H2S有毒，气味难闻；选择性差。混合物试样稀HCl:Ag+,Hg2+,Pb2+(浓度大时,温度低时)(I),银组,(HCl组)

H2S+0.3mol/LHCl(H2S组):

(II)A,铜组,Pb2+,Bi3+,Cu2+,Cd2+

(II)B,锡组,Hg2+,As,Sb,Sn(NH4)2S+NH3-NH4Cl((NH4)2S组):Al3+,Cr3+,Fe3+,Mn2+,Zn2+,Co2+,Ni2+(III),铁组(NH4)2CO3+NH3-NH4Cl:Ca2+,Sr2+,Ba2+(IV),钙组(NH4)2CO3组:Mg2+,Na+,K+,NH4+,(V),钠组3.均匀沉淀法:改善分离条件4.共沉淀法:分离富集微量组分例:吸附作用共沉淀,选择性低1)用Cu2++S2-富集0.02μg/LHg2+2)用Ca2++C2O42-富集Re3+3)用Fe3++OH-富集铜中的微量铝生成混合晶体,选择性高4)用Ba2++SO42-富集Ra2+5)用Sr2++CO32-富集海水中亿万分之一的Cd2+6)用MgNH4PO4富集AsO43-3.有机试剂沉淀分离法高选择性、高灵敏度；应用普遍；有机沉淀剂与金属离子生成的三种沉淀类型：1)螯合物沉淀8-羟基喹啉与Mg2+生成六元环结构的螯合物沉淀；在氨缓冲溶液中，可实现镁与碱金属及碱土金属的分离；2)缔合物沉淀四苯基硼化物与K+的反应产物；溶度积2.25×10-8；3)三元配合物沉淀提高选择性和灵敏度的一条途径；4.盐析法

在溶液中加入中性盐使溶质生成沉淀析出；易产生共沉淀，选择性差；成本低，简便；蛋白质的分离:对其生物活性有稳定作用；常用的中性盐:硫酸盐、磷酸盐、氯化物等；在蛋白质的分离中硫酸铵、硫酸钠应用较多。7.2.4特点设备简单,快速,应用广泛,选择性较好9.3挥发和蒸馏分离法9.3.1原理:物质挥发性的差异9.3.2条件:转化为易挥性物质9.3.3方法:1)升华法:I2,萘(多环芳烃)2)氢化法:半导体元素测量3)蒸馏法:多用于有机物9.3.4特点:选择性高,应用范围小9.4溶剂萃取分离法萃取分离的原理与特点：定义:

被分离物质由一液相转入互不相溶另一液相的过程称为萃取。特点:萃取分离体系由互不相溶的两液相组成；优点:设备简单,操作快速,分离效果好,应用广泛缺点:费时,工作量大,萃取溶剂易挥发,易燃,有毒原理:被分离组分在两液相中的溶解度具有较大的差异；1.分配系数(Distributioncoefficient):在恒温、恒压、较稀浓度下，溶质(A)在两相中达到平衡时，溶质在两相中的浓度比值为一常数.分配系数[A]O

和[A]W是分配平衡后，溶质（A）在上、下层液相中的浓度。讨论1）不同溶质在不同的溶剂中具有不同的K值；2）K值越大表示该溶质在上层溶剂中的溶解度越大；3）当混合物中各组分的K值很接近时，须通过不断更新溶剂进行多次抽提才能彼此分离；4）分配系数与物质在两相体系中的溶解度有关，但分配系数不等于溶质在两种溶剂中溶解度的比值。溶解度是指饱和状态，萃取则常用于稀溶液；2.分配比(Distributionratio-D)

cO、cW

是分配平衡后，溶质A（包括所有的存在形式）分别在上、下层液相中的总浓度。当溶质以为单一形式存在时，KD=D3.萃取步骤1)萃取液两相溶剂系统：水相：水或水醇有机相：碳烃化合物、醚、酯等3)多次间歇萃取当一次萃取不能满足要求时，采取多次萃取。4)逆流分配萃取

逆流分配仪：可连续上百次萃取。4.间歇操作的萃取效率(Extractionrate)

设试样水溶液体积为VW(mL)，组分A的总量为nS(mmol)，加入有机溶剂体积VO(mL)，经过一次萃取后，A在水相中的残留量为nA(mmol)，其分配比D：以回收率表示萃取效率，则组分A的萃取率RA的定义是：间歇操作的萃取效率残余在水相中A的分数fA与萃取率RA的关系是：如果用等体积溶剂进行n次萃取,则总萃取率为：5.重要萃取体系1)金属螯合物

金属离子与螯合剂(亦称萃取络合剂)的阴离子结合而形成中性螯合物分子。这类金属螯合物难溶于水，而易溶于有机溶剂，因而能被有机溶剂所萃取：如丁二酮肟镍即属于这种类型。Fe3+与铜铁试剂所形成的螯合物也属于此种类型。常用的螯合剂还有8-羟基喹啉、双硫踪(二苯硫踪、二苯基硫卡巴腙)、乙酰丙酮和噻吩甲酰三氟丙酮(TTA)等。

2)金属螯合物的萃取平衡

以双硫腙萃取水溶液中的金属离子M2+，为例来说明。双硫踪与M2+的反应为M2++2H2Dz=M(HDz)2+2H+双硫腙为二元弱酸，可以用H2Dz表示。它难溶于水，而溶于CCl4(0.0021mol/L)和CHCl3(约0.08mol/L)。若K为反应平衡常数。其大小与螯合剂的电离度、螯合剂的分配比、螯合物的稳定常数和螯合物的分配比有关。当萃取溶剂和螯合剂一定时，则萃取效率的高低，可以通过M2+的分配比来判断。(1)螯合剂的选择所选挥的螯合剂与被萃取的金属离子生成的螯合物越稳定，则萃取效率越高。此外螯合剂必须具有一定的亲水基团，易溶于水，才能与金属离子生成螯合物；但亲水基团过多了，生成的螯合物反而不易被萃取到有机相中。因此要求螯合剂的亲水基团要少，疏水基团要多。亲水基团有-OH、-NH2、-COOH、-SO3H，疏水基团有脂肪基（-CH3、-C2H5等）、芳香基(苯和萘基)等。EDTA虽然能与许多种金属离子生成螯合物，但这些螯合物多带有电荷，不易被有机溶剂所萃取，故不能用作萃取螯合剂。2.萃取条件的选择溶液的酸度越小，则被萃取的物质分配比越大，越有利于萃取。但酸度过低则可能引起金属离子的水解或其他干扰反应发生。因此应根据不同的金属离子控制适宜的酸度。例如，用双硫腙作螯合剂，用CCl4从不同酸度的溶液中萃取Zn2+时，萃取Zn2+pH值必须大于6.5，才能完全萃取，但是当pH值大于10以上，萃取效率反而降低，这是因为生成难络合的ZnO22+所致，所以萃取Zn2+最适宜的pH范围为6.5-10之间。(2)溶液酸度的控制二苯硫腙-CCl4萃取几种金属离子的酸度曲线E%pH3)溶剂选择的一般规律

（1）选择一种对被分离物质溶解度大而对杂质溶解度小的溶剂，使被分离物质从混合组分中有选择性地分离；（2）选择一对被分离物质溶解度小而对杂质溶解度大的溶剂，使杂质分离；（3）溶剂的选择原则：“相似相溶”；常见溶剂的极性大小顺序：饱和烃类>全氯代烃类>不饱和烃类>醚类>未全氯代烃类>酯类>芳胺类>酚类>酮类>醇类在分析中应用较广泛的萃取方法为间歇法(亦称单效萃取法)。这种方法是取一定体积的被萃取溶液，加入适当的萃取剂，调节至应控制的酸度。然后移入分液漏斗中，加入一定体积的溶剂，充分振荡至达到平衡为止。静置待两相分层后，轻轻转动分液漏斗的活塞、使水溶液层或有机溶剂层流人另一容器中，使两相彼此分离。如果被萃取物质的分配比足够大时，则一次萃取即可达到定量分离的要求。如果被萃取物质的分配比不够大，经第一次分离之后，再加入新鲜溶剂，重复操作，进行二次或三次萃取。但萃取次数太多、不仅操作费时，而且容易带人杂质或损失萃取的组分。3.萃取操作方法

静置分层时，有时在两相交界处会出现一层乳浊液，其原因很多。

在萃取过程中，如果在被萃取离子进入有机相的同时还有少量干扰离子亦转入有机相时，可以采用洗涤的方法以除去杂质离子。洗涤液的组成与试液基本相同，但不含试样。洗涤的方法与萃取操作相同。通常洗涤1-2次即可达到除去杂质的目的。

分离以后，如果需要特被萃取的物质再转到水相中进行测定，可改变条件进行反萃取。例如Fe3+在盐酸介质中形成FeCl4-与甲基异丁酮结合成洋盐而被萃取到有机机再用水反萃取到水溶液中(由于酸度降低)即可进行测定。萃取操作方法4.超临界流体萃取分离法超临界流体萃取分离法原理萃取剂是

超临界液体,是一种介于气液态之间的一种既非气态又非液态的物质.它只能在物质的温度和压力超过临界点时才能存在.常用的有二氧化碳、氨和氧化亚氮超临界液体性质:1.密度较大,接近于液,与溶质分子的相互作用力强,很容易溶解其它物质2.粘度较小,接近于气体,传质速率很高3.表面张力小,容易渗透固体颗粒,并保持较大的流速,可使萃取过程在高效、快速而又经济的条件下进行。9.5离子交换分离法

(Ionexchangeseparation)1.离子交换反应

离子交换分离法是通过试样离子在离子交换剂（固相）和淋洗液（液相）之间的分配（离子交换）而达到分离的方法。分配过程是一离子交换反应过程。阳离子交换反应：

Resin-SO3H+Na+=Resin-SO3Na+H+

Resin-SO3Na+H+=Resin-SO3H+Na+阴离子交换反应：Resin-N(CH3)3OH+Cl-=N(CH3)3Cl

+OH-

Resin-N(CH3)3Cl+OH-=N(CH3)3OH

+Cl-

2.离子交换树脂

离子交换反应发生在离子交换树脂上的具有可交换离子的活性基团上。离子交换树脂是以高分子聚合物为骨架，反应引入活性基团构成。高分子聚合物以苯乙烯-二乙烯苯共聚物小球常见，可引入各种特性的活性基团，使之具有选择性。

Resin-SO3H（氢型）树脂的酸性最强，其Resin-SO3Na（钠型）比氢型稳定，商品常为钠型，使用前用酸淋洗转型（再生）。阴离子交换树脂的Cl型稳定。离子交换反应是一可逆反应。离子交换树脂使用后需要进行再生处理。3.离子交换容量

离子交换树脂在交换反应中可交换离子的数目用交换容量表示，单位mmol/g干树脂。将离子交换树脂装入玻璃柱即构成离子交换分离柱，可用来分离干扰离子。当淋洗液为中性水溶液时，干扰离子保留在柱中。离子交换反应是一可逆反应，被交换离子随淋洗液pH不同而在分离柱中移动，由于不同离子与离子交换树脂之间的作用力不同，流出分离柱的时间不同而被分离。一般使用的离子交换树脂的粒度为50-100目。4.离子交换亲和力与选择性系数

离子交换分离中的分配系数是组分离子在树脂上的浓度与在溶液中的浓度之比，对阳离子Mn+，分配系数KD为：分配系数KD反映了离子与树脂的亲和力大小。不同离子对树脂的亲和力大小具有如下规律：1)稀溶液中，离子电荷越大，亲和力越大；2)相同电荷时，水合半径越小，亲和力越大；3)多元素阴离子亲和力的顺序为：

SO42->C2O42->I->NO3->CrO42->Br->SCN->Cl->Ac->F-4)H+对强酸性离子交换树脂的亲和力在Na+与Li+之间，离子交换树脂的酸性越弱，H+与其亲和力越大；5)OH-对强碱性离子交换树脂的亲和力在Ac-与F-之间，离子交换树脂的碱性越弱，OH-与其亲和力越大；当溶液中有多种离子可与树脂发生交换时：

R-A+B+=R-B+A+此反应的平衡常数称为离子交换的选择性系数KB/A。离子交换过程示意图5.离子交换分离法的应用

1)去离子水的制备

实验室用去离子水及锅炉用水的软化。采用串联的阳离子交换柱和阴离子交换柱。2)干扰组分的分离

如测定矿石中的铀时，为了除去其它金属离子的干扰，将矿石溶解后处理成0.1mol/L的硫酸溶液，U(VI)形成[UO2(SO4)2]2-或[UO2(SO4)3]4-，在通过强碱性离子交换树脂时，被留在树脂上，金属离子则流出。之后，将其破坏成为UO2+形式洗脱，回收率可达98%3)痕量组分的富集天然矿石中痕量钍的富集：钍在盐酸溶液中难以形成稳定的配位离子，保留；共存的稀土则形成稳定的配位离子，被洗脱。9.5

色谱分离法(chromatography)9.5.1基本原理色谱法是一种物理化学分析方法。根据所用样品混合物中各组分物理、化学性质的差异，各组分程度不同的分配到互不相溶的两相中。当两相相对运动时，各组分在两相中反复多次重新分配，结果使混合物得到分离。

固定相：固定不动的一相流动相：移动的一相9.5.2

色谱法的分类1)根据流动相分类:气相色谱—以气体作流动相液相色谱—以液体作流动相超临界色谱—流动相是在接近它的临界温度和压力下工作的液体2)根据固定相的附着方式分类—固定相装在圆柱管中—柱色谱

—固定相涂敷在玻璃或金属板上—薄膜色谱（平板色谱）

—液体固定相涂在纸上—纸色谱(平板色谱)3)根据分离机理分类分配色谱—样品组分的分配系数不同

吸附色谱—样品组分对固定相表面吸附力不同

体积排阻色谱—利用固定相孔径不同，把样品组分按分子大小分开

离子交换色谱—不同离子与固定相商相反电荷间的作用力大小不同气相色谱仪的流程I-载气系统;II-进样系统;III-色谱柱和柱箱;IV-检测系统;V-记录系统液相色谱仪的流程硅胶孔结构对分离的影响固定相：LichrosorbSi100,500,1000,4000粒径：10

m色谱柱：200mmX3mmi.d.流动相：正庚烷流速：5ml/min1----苯;2----联苯3----间三联苯;4----间四联苯5----间五联苯;6---间六联苯稠环芳烃的分析1--苯;2--萘;3--联苯;4--菲;5--蒽;6--荧蒽7--芘;9--芑11--苯并芘[e]12--苯并芘[a]固定相：ODS（薄壳型）；流动相：线性梯度洗脱，20%甲醇-水---100%甲醇-水，2%/min；流速：1ml/min；柱温：50；柱压：70X105Pa；检测器：UV9.5.3纸色谱法

(Paperchromatography)将固定相放在纸上，以纸做载体进行点样、展开、定性、和定量的液-液分配色谱法固定相：纸纤维吸附的水流动相：与水不互溶的有机溶剂（饱和正丁醇）分离机制：同液-液分配色谱定性参数：Rf值测量示意图L0L1L2讨论：Rf与组分性质、流动相及溶解度有关

极性组分→易保留,Rf小(流动相极性↑,Rf↑）

非极性组分→易流出,Rf大(流动相极性↑,Rf↓)9.5.4生物大分子的色谱分离法生物试样：酶、蛋白质、核酸、多糖生命科学的发展需要提供高纯试剂；色谱法是目前最有效的制备级的分离方法；基因工程中，治疗用蛋白的分离纯化即采用高压制备液相色谱；空间排阻液相色谱：蛋白质大小差异，通用型蛋白分离纯化工具；

生物大分子的色谱分离法亲和色谱：利用固定相配基与生物大分子之间的特殊生物亲和力的不同实现分离；

例如：将过渡金属离子Cu2+、Zn2+、Ni2+等以亚胺金属配合物的形式键合到固定相上，由于组胺酸和半胱胺酸能与这些离子形成配位键，形成亚胺-蛋白螯合物，故含有这两种氨基酸的蛋白质可以被这种亲和色谱固定相分离。离子交换色谱：利用蛋白质具有不同的等电点分离。9.6膜分离技术与生物试样分离

1.透析——超滤分离技术原理：透析是采用半透膜作为滤膜,使试样中的小分子经扩散作用不断透出膜外,而大分子不能透过被保留，直到膜两边达到平衡。特点：半透膜两边均为液体，一边为试样溶液，另一边为纯净溶剂（水或缓冲溶液）。可不断更换外层溶剂使扩散不断进行，直至符合要求。应用：制备或提纯生物大分子时，除去小分子物质及其杂质，脱盐。用于透析的半透膜应具备的条件1）在溶剂中能膨胀形成分子筛状多孔薄膜，只允许小分子溶质通过，而阻止大分子（如蛋白质）通过；2）化学惰性；3）在水、盐溶液、稀酸或稀碱溶液中稳定；4）有一定的机械强度和良好的再生性能。2.透析的装置与方法

半透膜可制成管状，按需要截取一定长度，将一端封闭后，装入需要透析的试样溶液后，放入盛有溶剂的透析缸中。商品透析管常涂有甘油以防干裂，也可能含有其他微量杂质。

预处理：用50%乙醇慢慢煮沸一小时，再分别用50%乙醇、0.01mol/L碳酸氢纳溶液、0.001mol/LEDTA溶液依次洗涤，最后用蒸馏水洗涤三次；透析过程注意点：1）透析前，对装有试液的透析袋检查是否有泄漏；2）透析袋装一半左右，防止膜外溶剂因浓度差渗入将袋涨裂或过度膨胀使膜孔径改变；3）搅拌；定期或连续更换外部溶剂可提高透析效果。3.超滤

超滤是指外源加压的膜分离，其原理与过滤一样。依据所加的操作压力和膜的平均孔径的不同，可分为三种模式：1)微孔过滤

操作压力为0.07MPa，膜的平均孔径为500埃至14

m，用于分离较大颗粒；2)加压超滤

操作压力为0.03-6MPa，膜的平均孔径为10-100埃至14

m，用于分离大分子溶质；3)反渗透

操作压力为30-120MPa，膜的平均孔径为10埃以下，用于分离小分子溶质；4.超滤装置与应用超滤装置：目前应用最广的是采用中空纤维系统的超滤装置，其是由多根空心纤维细管成束地装配而成。空心纤维细管横截面的内表层细密，向外逐渐疏松，形成各向异性微孔膜管结构，管内径一般为0.2

mm，有效面积约1cm2，表面积与体积的比率极大，故滤速很高。

DC-30型中空纤维系统的超滤装置：三组中空纤维套筒，膜表面积2.7m2，在3个大气压下，滤液流量可达1L/min。中空纤维系统的超滤装置用于透析、脱盐，在不到一小时可从溶液中除去99%的水。应用：

应用：浓缩酶、蛋白质、核酸、多糖；

酶的浓缩回收率可达90%。特点：简单、经济、高效、快速的分离

方法。9.7

气浮分离法原理采用某种方式，通入水中大量微小气泡，在一定条件下使呈表面活性的物质吸附或粘附于上升的气泡表面而浮升到液面，从而使某组分得以分离的方法—浮选分离法或泡沫浮选分离法。气浮分离法原理9.8

固相微萃取分离法

(Solid-phasemicroextraction)原理将涂有高分子固相液膜的石英纤维插入试样溶液或气样中,对待分离物质进行萃取,经过一定时间在固定相涂层和水溶液两相中达到分配平衡,从而使待测物质分离.是一种非溶剂型萃取法.直接固相微萃取分离法顶空固相微萃取分离法9.9毛细管电泳分离法1.电泳:荷电物质在电场中因受到吸引和排斥而引起的差速流动.2.电泳分离:是依据在电场中溶质不同的迁移速率.3.毛细管电泳分离原理:在充有电解质的毛细管两端施加高电压，利用电位梯度和离子淌度的差别，实现流体中组分的电泳分离。其分离机理有：

静电或离子相互作用、氢键作用、空间位阻作用、偶极-偶极相互作用、π-π相互作用毛细管电泳仪器结构示意图毛细管区带电泳分离原理毛果芸香碱对映体的毛细管区带电泳手性分离

毛果芸香碱是一种缩瞳药，可用于青光眼及调节性内斜视等眼科疾病的治疗。采用毛细管区带电泳对其进行手性分离尚未见报道。采用β-环糊精及其衍生物作为手性选择剂，运用CZE对毛果芸香碱对映体进行了分离。毛果芸香碱的结构式Structureofpilocarpine

环糊精类型对手性分离的影响

分离条件:背景电解质，15mmol/L[CD]-50mmol/L磷酸盐缓冲溶液，pH=2.5；分离电压，20kV；柱温，20℃

HP-β-CDDM-β-CDβ-CD100101第五章络合滴定法

Chapter5Complexationtitrations5.1分析化学中的常见络合物5.2络合物的平衡常数5.3副反应系数和条件稳定常数5.4金属离子指示剂5.5络合滴定法基本原理5.6络合滴定中酸度的控制5.7提高络合滴定选择性的途径5.8络合滴定方式及其应用1025.1概述(Abriefreview)以络合滴定反应为基础的滴定分析方法。Complex-----complexingagentCoordinate-----ligand

W.OstwaldandS.A.Arrhenius—酸碱电离理论(1880~1990)J.N.Brosted---酸碱质子理论(1923)G.N.Lewis---酸碱电子理论Peterson---软硬酸碱理论(1923)1035.2分析化学中的常见络合物5.2.1简单络合物(无机络合物)无机络合剂:

F-,NH3,SCN-,CN-,Cl-,缺点:1)稳定性小

2)逐级络合现象

3)选择性差104

lgK1～K4:

4.1、3.5、2.9、2.1

lgK总=12.62+Cu2+-NH3

络合物1055.2.2螯合物(chelates)1.“OO”型2.“NN”型106乙二胺-Cu2+三乙撑四胺-Cu2+

lgK1=10.6,lgK2=9.0lgK总=19.6lgK=20.6“NN”型1073.“NO”型1084.“SS”型1095.2.3氨羧络合剂乙二胺四乙酸(EDTA)(Ethylenediaminetetraaceticacid)乙二胺四乙酸(H4Y)乙二胺四乙酸二钠盐

(Na2H2Y)：：：：····110乙二胺四丙酸(EDTP)

Ethylenediaminetetrapropylacid乙二胺二乙醚四乙酸(EGTA)Ethyleneglyceroldiaminetetraaceticacid111环已烷二胺四乙酸(CyDTA)Cyclohexanediaminetetraaceticacid1125.2.4EDTA络合物1.特点:1)反应速度快2)反应彻底,一步完成(1:1),无分级络合现象3)生成的络合物易溶于水1132.EDTA的物理性质

水中溶解度小，难溶于酸和有机溶剂；易溶于NaOH或NH3溶液——Na2H2Y•2H2O3．EDTA在溶液中的存在形式

在高酸度条件下，EDTA是一个六元弱酸，在溶液中存在有六级离解平衡和七种存在形式：114H6Y2+

H++H5Y+Ka,1=1.3×10－1=10-0.9H5Y+H++H4Y

Ka,2=2.5×10－2=10-1.6H4Y-

H++H3Y-Ka,3=1.0×10－2=10-2.0H3Y-

H++H2Y2-Ka,4=2.14×10－3=10-2.67H2Y2-

H++HY3-Ka,5=6.92×10－7=10-6.16HY3-

H++Y4-Ka,6=5.50×10－11=10-10.26115不同pH值下EDTA的主要存在型体pHEDTA主要存在型体<0.90.9~1.61.6~2.02.0~2.72.7~6.26.2~10.3>10.3H6Y2+H5Y+H4YH3Y-H2Y2-HY3-Y4-116EDTA络合物M+YMY碱金属离子:lgKMY﹤3碱土金属离子:lgKMY8~11过渡金属离子:lgKMY15~19高价金属离子:lgKMY﹥20117Ca-EDTA螯合物的立体构型118EDTA螯合物的模型119

有色EDTA螯合物螯合物颜色螯合物颜色CoY2-

紫红

Fe(OH)Y2-褐

(pH≈6)CrY-深紫

FeY-

黄Cr(OH)Y2-蓝(pH>0)MnY2-紫红CuY2-蓝

NiY2-蓝绿1201)广泛配位性→五元环螯合物→稳定、完全、迅速2)具6个配位原子，与金属离子多形成1：1配合物3)与无色金属离子形成的配合物无色，利于指示终点与有色金属离子形成的配合物颜色更深4.EDTA配合物特点：1215.3络合物的平衡常数

(Equilibriumconstant)5.3.1配合物的稳定常数

讨论：KMY↑大，配合物稳定性↑高，配合反应完全

M+YMY122某些金属离子与EDTA的形成常数lgKlgKlgKlgKNa+1.7Mg2+8.7Ca2+10.7Fe2+14.3La3+15.4Al3+16.1Zn2+16.5Cd2+16.5Pb2+18.0Cu2+18.8Hg2+

21.8Th4+23.2Fe3+25.1Bi3+27.9ZrO2+29.9123M+LMLML+LML2MLn-1+LMLn

5.3.2MLn型配合物的累积稳定常数

(Cumulativestablityconstant)1245.4副反应系数和条件稳定常数M+Y=MY(主反应)OH-MOH●●●M(OH)pAMA●●●MAqH+HY●●●H6YNNYH+OH-MHYMOHY副反应1255.4.1副反应系数

(Sidereactioncoefficient)1.络合剂Y的副反应及副反应系数1）酸效应：由于H+存在使配位体参加主反应能力降低的现象。酸效应系数(

L(H))：

H+引起副反应时的副反应系数。对于EDTA，用

Y(H)未与M络合的总浓度Y的平衡浓度126酸效应系数

酸效应系数127EDTA的有关常数解离Ka1Ka2Ka3Ka4Ka5Ka6常数10-0.910-1.610-2.0710-2.7510-6.2410-10.34逐级K1K2K3K4K5K6常数1010.34106.24102.75102.07101.6100.9累积β1β2β3β4β5β6常数1010.341016.581019.381021.401023.01023.9128例1

计算pH5.00时EDTA的αY(H)解：129不同pH值时的lgαY（H）130酸效应曲线（Ringbom曲线）pH131酸效应曲线的应用确定金属离子单独进行滴定时，所允许的最低pHmin值（最高酸度）。从曲线上可以看出，在一定的pH范围内，什么离子可被滴定，什么离子有干扰；利用控制溶液酸度的方法，在同一溶液中进行选择滴定或连续滴定。利用金属离子形成氢氧化物沉淀的溶渡积Ksp，求出滴定的最大值pHmax；还要考虑指示剂的使用的pH范围。1322）共存离子效应:共存离子引起的副反应。共存离子效应系数：若有多种共存离子N1、N2、Nn存在1333)Y的总副反应系数1342.金属离子M的副反应及副反应系数1）络合效应：除Y以外，其它络合剂与M形成络合物而使主反应受到影响的现象。2）络合效应系数：络合剂引起副反应时的副反应系数。1353）金属离子的总副反应系数假若溶液中有两种络合剂L和A共存136金属离子的总副反应系数假若溶液中有两种络合剂L1、L2、···、Ln共存137lgαM(NH3)～lg[NH3]曲线CuAgNiZnCdColgαM(NH3)138AlFeIIIBiZnPbCdCuFeIIlgα

M(OH)～pHlgα

M(OH)139例2

用EDTA滴定Zn2+至化学计量点附近,

pH=11.00，[NH3]=0.10mol·L-1,计算lg

Zn

Zn(NH3)=

1+[NH3]

1+[NH3]2

2+[NH3]3

3+[NH3]4

4=1+10-1.00+2.27+10-2.00+4.61+10-3.00+7.01+10-4.00+9.06=1+101.27+102.61+104.01+105.06=105.10查附录III.6,pH=11.00时,lg

Zn(OH)=5.4lg

Zn=lg(

Zn(NH3)+

Zn(OH)-1)=lg(105.1+105.4-1)=5.6140例3

用EDTA滴定Zn2+至化学计量点附近,pH=9.00，cNH3=0.10mol·L-1,计算lg

Zn(NH3)cNH3=[NH3]+[NH4+]+

忽略141

Zn(NH3)=

1+

1[NH3]+

2[NH3]2+

3[NH3]3+

4[NH3]4=103.21423.络合物的副反应系数αMY

M+Y=MYH+OH-MHYM(OH)Y强酸or碱性溶液中要考虑143络合物的副反应系数αMY例4.计算pH=3.00、5.00时的lgαZnY(H)查附录表III.4

KZnHY=103.0pH=3.00,αZnY(H)=1+10-3.0+3.0=2,lgαZnY(H)=0.3pH=5.00,

αZnY(H)=1+10-5.0+3.0=1,lgαZnY(H)=

01445.4.2条件稳定常数

(Conditionalequilibriumconstant)M+Y=MY145条件稳定常数在许多情况下,MY的副反应可以忽略146例5计算pH=5.00时，0.10mol/LAlY溶液中，游离F-的浓度为0.010mol/L时AlY的条件稳定常数。解：查表：当pH=5.00时，（酸效应系数）；KAlY=16.3又当[F-]=0.010mol/L时，配位效应系数147

条件稳定常数说明AlY已被破坏。原因：Al3+与F-属于硬酸与硬碱结合，有较强的稳定性，所以该体系不能用EDTA滴定Al3+。148例6

计算pH2.00和5.00时的lgK

ZnY

Zn+YZnY

α

Zn(OH)

α

Y(H)

α

ZnY(H)OH-H+H+lg

Y(H)=13.8,lg

Zn(OH)=0

149pH=2.00

ZnY(H)=1+[H+]KHZnHY=1+10-2.0+3.0=101.0,

lg

ZnY(H)=1.0pH=5.00lg

ZnY(H)=0,lg

Y(H)=6.6,lg

Zn(OH)=0

150lgK

MY~pH曲线02468141012pH24681012141618lgK´MYCu2+Fe3+Hg2+Zn2+Mg2+Al3+151例7

计算pH9.00，cNH3=0.1mol·L-1时的lgK’ZnY

Zn+YZnY

NH3

OH-

H+

Zn(NH3)Zn(OH)

HY··················例3152lgK

ZnY~pH曲线1535.5金属离子指示剂5.5.1金属离子指示剂的应具备的条件1）显色络合物（MIn）与指示剂（In）的颜色应显著不同。3）显色络合物的稳定性要适当。2）显色反应灵敏、快速，有良好的变色可逆性。4）金属离子指示剂应比较稳定，便于贮存和使用。154

EDTAIn+M

MInMY+

In

A色

B色5.5.2

金属指示剂的作用原理155例指示剂铬黑T(eriochromeblackT-EBT)

EBT本身是酸碱物质H3In

pKa1

H2In-

pKa2

HIn2-

pKa3

In3-

紫红

3.9

紫红

6.3

蓝

11.6

橙

pHHIn2-蓝色----MIn-红色EBT使用pH范围：7－101565.5.3金属离子指示剂的选择在化学计量点附近，被滴定金属离子的pM产生突跃，要求指示剂能在此突跃范围内发生颜色变化。M+InMIn157金属离子指示剂的选择考虑In的酸效应，158金属离子指示剂的选择根据软硬酸碱理论，与金属离子络合的一般称为碱。但与金属离子络合的指示剂一般为有机弱酸，存在着酸效应。所以K’MIn

与pH有关，因此pM也与pH有关。所以，在络合滴定中，pM’ep与pM’sp应尽量接近。159常用金属指示剂指示剂pH范围InMIn直接滴定M铬黑T(EBT)7-10蓝红Mg2+Zn2+二甲酚橙(XO)(6元酸)<6黄红Bi3+Pb2+Zn2+磺基水杨酸(SSal)2无紫红Fe3+钙指示剂10-13蓝红Ca2+PAN(Cu-PAN)2-12黄红Cu2+(Co2+Ni2+)160常用金属离子指示剂1.铬黑T(EBT)(EBT-eriochromeblackT)H2In-H++HIn2-pKa2=6.30红色

蓝色HIn2-H++In3-pKa3=11.60蓝色

橙色它与金属离子形成的络合物为酒红色使用范围:6.30<pH<11.60

通常使用pH9的氨性缓冲溶液1612.二甲酚橙(xylenolorange--XO)H3In4-H++H2In5-pKa=6.3

黄色

红色它与金属离子形成的络合物为红紫色,Ni2+,Fe3+

和Al3+封闭作用.

使用范围:pH﹤6的酸性溶液1623.PAN(pyridineazo(2-hydroxyl)naphthol)

pKa1=1.9pKa2=12.2H2In+HInH++In-黄色

黄色

淡红色它与金属离子形成的络合物为红色,Ni2+封闭作用.使用范围:pH1.9~12.21634.钙指示剂

pKa1=7.4pKa2=13.5H2In-HIn2-In3-+H+酒红色

蓝色

酒红色它与金属离子形成的络合物为红色,Ca2+,Fe3+

和Al3+封闭作用.使用范围:pH8~11164使用金属指示剂应注意指示剂的封闭现象若K

Min>K

MY,

则封闭指示剂

Fe3+

、Al3+

、Cu2+

、Co2+

、Ni2+

对EBT、XO有封闭作用；若K

MIn太小，终点提前指示剂的氧化变质现象

EBT、Ca指示剂与NaCl配成固体混合物使用指示剂的僵化现象

PAN溶解度小,需加乙醇或加热1655.6络合滴定法在络合滴定中，被滴定的是金属离子，随着络合滴定剂的加入，金属离子不断被络合，其浓度不断减小，在化学计量点附近，金属离子浓度如何变化对滴定分析结果影响显著，了解其变化规律对络合滴定分析的理解极其重要。络合滴定与酸碱滴定相似，大多数金属离子M与Y形成1:1型络合物，根据软硬酸碱理论，M为酸，Y为碱，与一元酸碱滴定类似。166与酸碱滴定的区别：1）M有络合效应和水解效应2）Y有酸效应和共存离子效应因以上两个因素，K’MY会发生变化，而Ka不变。1675.6.1络合滴定曲线

(Titrationcurvesofcomplexation)欲使滴定过程中K’MY基本不变，常用酸碱缓冲溶液控制酸度。设金属离子浓度为CM，体积为VM(ml)，用等浓度的滴定剂Y滴定，滴入体积为VY(ml)，则滴定分数为168络合滴定曲线设滴定过程中金属离子和Y的总浓度为cM和cY。

M+Y=MYMBE：[M]+[MY]=CM(1)[Y]+[MY]=CY=aCM(2)(3)为了求出[M]，应先求出[MY]和[Y]169络合滴定曲线由（1）和（2）式可得：[MY]=CM-[M]（4）[Y]=aCM-CM+[M]（5）将（4）和（5）式代入（3）式，经展开和整理得到:Kt[M]2+[KtCM(a-1)+1][M]-CM=0（6）未滴定前：[M]=CM,pM=pCM化学计量点时：a=1.00，（6）式简化为K’MY[M]2SP+[M]SP-CSPM=0（7）170络合滴定曲线因一般络合滴定要求KMY≥107，cM=0.010mol/L171例8用0.01000mol/LEDTA标准溶液滴定20.00ml

0.0100mol/LCa2+溶液，计算在pH=10.00时化学计量点附近的pCa值。

解：pH值等于10.00时滴定曲线的计算：CaY2-配合物的KMY=1010.69从表查得pH=10.00时，lgαY(H)=0.45，所以,lgK’MY=lgKMY-

lgαY(H)

=10.69-0.45=10.24172滴定前体系中Ca2+过量：[Ca2+]＝0.02mol·L-1∴pCa＝-lg[Ca2+]＝-lg0.02＝1.70（起点）化学计量点前设已加入EDTA溶液19.98ml(-0.1%)，此时还剩余Ca2+溶液0.02ml，所以[Ca2+]＝＝1.0×10-5mol·L-1pCa＝5.00173化学计量点时Ca2+与EDTA几乎全部络合成CaY2-络离子：[CaY2-]=0.0100×=1.0×10-2mol·L-1同时，pH＝10.00时，lgαY(H)＝0.45，[Y]＝[Y’]，所以,[Ca2+]＝[Y]＝ｘmol·L-1

即

=1010.24（生成反应）Ｘ=[Ca2+]＝7.58×10-7mol·L-1,pCa=6.12

174化学计量点后：滴定剂Y过量设加入20.02mlEDTA溶液，此时EDTA溶液过量0.02ml，所以[Y]＝＝1.0×10-5mol·L-1=1010.24

[Ca2+]＝10-7.24pCa＝7.24175

pH=10.0

0时，用0.02000mol·L-1EDTA滴定20.00mL0.02000mol·L-1Ca2+的pCa值

滴入EDTA溶液的体积/mL0.0018.0019.8019.9820.0020.0220.2022.0040.00滴定分数0.000