第二章农药的分离与纯化方法

第二章农药的分离与纯化方法农药分析——分离、提纯得方法与原理

农药分离得主要类别原药分析:各种农药异构体及有效成分含量。残留分析:土、水、动植物体中农药残留量分析。原药得一般组成原药(固体):含填料,加工成粉剂,可湿粉剂颗粒时加入。加入目得:原药粉,不易粉碎;农药药效高,单位面积用量少,加入填料后易稀释。加入成分:药石、粘土、碳酸盐类。原药(液体):含溶剂、助剂、乳化剂、非有效成分(合成副产物、降解成分等)。农药分析对象与特点原药分析对象:主要对有效成分分析。原药分析得特点:含量高,有固定得提纯与分析方法。残留分析对象:对人、畜、环境有害成分。残留分析特点:残留量少,组成复杂。要提取、富集,分离提纯。分离提纯与分析方法灵活多样。共同点:基本原理与方法一致。分离提纯(富集)——物理与化学方法;分析类别:定性分析、定量分析固体农药得纯化方法简介固体农药(有效成分)制标准样时用重结晶法提纯。提纯原理:在某一种溶剂中,固体农药得溶解度随温度变化有较大得变化。在较高温度时得饱与溶液趁热过滤除不溶性杂质。母液放冷,在较低温度时农药以晶体析出,过滤,可溶性杂质留在母液中而除去。(可反复重结晶直到提纯农药熔点不变为止)。重结晶得关键因素关键:选合适溶剂。重结晶溶剂具备条件:a、不与被提纯成分发生化学反应b、被提纯物与杂质要有显著溶解度差c、被提纯物在该溶剂中溶解度随温度变化变化大d、溶剂沸点适中(不高也不低)如没有合适得纯溶剂则用混合溶剂重结晶。混合溶剂得选择方法1、确定两种溶剂可以互相混溶,而且一种就是被提纯农药得良好溶剂,一种就是不良溶剂。如乙醇与水;苯与乙醇;丙酮与三氯甲烷等。2、取0、02g—0、03g样品溶解于一定量(1mL)得良好溶剂中(试管),然后在不断摇动下缓慢滴加不良溶剂,直到出现浑浊为止。3、记下不良溶剂得体积,计算得到混合溶剂得组成比例,通过重复试验进行适当调整。重结晶得一般操作步骤1、制成饱与热溶液(接近溶剂得沸点)2热过滤(除不溶杂质)。3、自然冷却结晶4、过滤晶体与洗涤。5、干燥6、标准品多次重结晶,直到m、p不变为止重结晶操作要点1、制成饱与热溶液视被提纯物质多少选用适当容积得烧瓶,将被提纯物质放入烧瓶,装好回流装置。在不超过溶剂沸点得热浴温度下缓慢滴加溶剂,并搅动,使溶质在接近容积沸点时刚好溶解,立刻停止滴加溶剂。记下溶剂得体积与溶质得质量。2(用保温漏斗)热过滤。或者将热得布氏漏斗与滤纸用热溶剂润湿后减压过滤。重结晶操作要点3、结晶:滤液自然冷却结晶(易挥发溶剂或者易于吸潮得溶剂应密闭结晶)。如果冷至室温不结晶,则可以放入晶种或用玻棒擦容器器壁;或放入冰箱进行结晶(注意冰箱温度应该在溶剂凝固点之上)。4、过滤与洗涤晶体:减压过滤、用低温、少量溶剂洗涤。注意:减压过滤应该在布氏漏斗完全没有液滴滴下为止。5、干燥a、低熔点固体、不吸潮物质,可以在空气中干燥。b、高熔点,热稳定得物质用烘箱中干燥c、热不稳定,或吸潮、空气中不稳定得物质,低于m、p20—30℃,真空干燥。干燥程度与纯度检验检验干燥程度一般用恒重法检验,即称重后再干燥一段时间,瞧重量就是否发生变化。也可以用熔点法检验干燥程度。纯度检验一般用熔点法。一种就是与标准样品同时测熔点进行比较;另一种就是测一次熔点后再重结晶一次,再干燥测熔点,两次熔点不变化则物质已经提纯。纯度检验还可以用薄层法检验,液相色谱或者气相色谱更好。液体农药分离提纯方法

液体农药分离提纯一般首先考虑蒸馏法蒸馏法原理:依液体混合物中各组分沸点不同而分离。关键:控制温度缓慢上升,收集不同温度范得围馏份。蒸馏方法分类:常压蒸馏适用于b、p较低,在b、p时不分解得物质。减压蒸馏适用于b、p较高,或在b、p发生分解得物质。水蒸气蒸馏适用于不与水反应,b、p较高得物质。大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点常压蒸馏注意事项

１、正确装置,不扭不歪,不漏２、温度计水银球位置３、加沸石４、容器中液体体积５、热源选择６、馏出速度v=2—３D/S液体得干燥溶剂含水,干燥剂脱水后再蒸馏(干燥剂不可进入蒸馏体系)(容量与速度)脱水剂(干燥剂)种类及性能:CaO中、碱性化合物可用,脱水力高。CaCl2

卤烃、烃、酯、醚可用(醇、酸不可用,发生反应)脱水力高。Na2SO4

多数溶剂可用,脱水能力不高。K2CO3

碱性化合物、醇、酯脱水力较高。P2O5

卤烃、烃(醇、酸不可用发生反应),脱水力高。NaOH饱与烃、肼、胺(酸性物质不可用)分子筛多数可用,脱水力高。减压蒸馏原理减压蒸馏得原理液体得沸点随液面压强降低而降低。减压蒸馏前要对沸点与压强进行估算,可以通过如下途径进行估算。1、查T-P关系图如右图,从左到右三根线分别为A、B、C。A线上标有减压得沸点数据,B线就是正常压强沸点刻度,C线就是压强刻度(mmHg)、ABC沸点低沸点低压强小压强大用

近似公式估算2、用

近似公式

lgP=A+B/TP蒸汽压;T绝对温度;A、B为常数(可以通过化合物物理性质手册或者化工手册查阅)减压蒸馏装置仪器:克莱森烧瓶、真空尾接管(单口接头)带橡皮套得毛细管、容积=1/2V、不用平底接受器减压泵(水泵7-20mmHg)机械泵(油泵)0、1mmHg(要连接吸收装置)装置如右下图减压蒸馏装置图注意:负压与正压操作一样要带护目镜防爆！减压蒸馏操作步骤1、查蒸馏系统可否达应有真空度

开始:关安全瓶活塞,拧紧毛细管上橡皮套螺丝夹,开动抽气泵,瞧压力计指示数据就是否达到要求。

停止:慢慢打开安全瓶活塞,直到压力与外界平衡为止,拧松毛细管上螺丝夹,关闭抽气泵。2、加液料、关活塞、开抽气、调毛细(气泡与线)、达到所需压力后(平衡、稳定)再

加热。3、热源温度高于b、p20-30℃,压力不稳则调热源,使馏出速度V=0、5—1D/S4、多组分蒸馏、馏出温度上升时转换接收器(使用多头接受器)。5、蒸馏完后先撤除热源、再慢慢开活塞

压力平衡后关气泵与打开毛细管夹。

可旋转多用接头旋转浓缩蒸馏法

用于提取液浓缩。压力400—600mmHg,蒸馏瓶50—160转/分。旋转使溶剂在瓶壁形成一层薄膜,扩大蒸馏面积,提高蒸馏速度。操作步骤:1、装好仪器2、调热浴温度高于b、p10℃以上3、冷却水接蛇形冷凝管(低于b、p20℃)4、接真空泵(不低于300mmHg)5、加热、开自动加液旋塞,液自动流入蒸馏瓶(可随时加料)。6、开动电机、使旋转。结束:关电机

除热源

关加液旋塞

压力平衡后停止抽气。

水蒸汽蒸馏水蒸气蒸馏主要就是用于那些沸点比较高,容易热分解,或者与其她有机物性成不容易分离得糊状物中得成分。水蒸气蒸馏原理:混合体系中总得蒸汽压等于各组分蒸汽分压之与。当被蒸馏体系接近100℃时,水得蒸汽压接近1atm,故被蒸馏得物质蒸汽可以与水蒸气合计等于1atm,从而在接近100℃得温度从混合物被蒸馏出来。被蒸馏物质必须满足得条件:不与水反应;在100℃时不低与5mmHg得蒸汽压水蒸气蒸馏操作水蒸气蒸馏操作与常压蒸馏操作类似,其装置比常压蒸馏装置多一个水蒸气发生器。水蒸气发生器T形管安全管三、柱层析柱层析技术就是分离混合物得重要方法,简单实用。架设一个带活塞得玻璃柱,填入吸附剂,就可以用于分离混合物。柱色谱得几种技术指标直径与长度比:1:10~1:40短而粗得柱子,分离快,分离效果差长而细得柱子,分离慢,分离效果好色谱柱得分离效果还与吸附剂与洗脱剂得选择、柱子得装填质量有关。柱层析原理与分类简介原理:当混合物被束缚在色谱柱得固定相上后,流动相自上而下流经固定相,带动被分离组分向下移动。与固定相作用力大得组分在流动过程中留在了后面,与固定相作用力小得组分在流动过程中跑在了前面(略),混合物因而被分离。柱层析分类:吸附、分配、凝胶吸附色谱柱:吸附剂固体表面吸附各种成分。分配色谱柱:惰性载体表面涂高沸点液体,被分离物在淋洗剂与高沸点液体之间溶解分配。凝胶色谱柱:多凝胶填粒、淋洗,凝胶网眼大小筛分不同尺寸得分子吸附柱得装填要求吸附剂要装填均实,淋洗剂才会等速水平下降,分离效果才会好。干装:吸附剂通过漏斗直接装入盛有洗脱剂得色谱柱(边装边敲),最后应使吸附剂上有一薄层溶剂。为保持柱上有平整表面,最上层可加一些石英砂。湿装:先装洗脱剂于柱内,加用淋洗剂调成糊状得吸附剂,使慢慢沉降。最后应使吸附剂上有一薄层溶剂。亦应边加边敲。吸附剂得分类吸附剂种类:氧化铝、硅胶、弗罗里硅土、纤维素、氧化镁、碳酸钙、火性碳等为常用品种。吸附剂得要求:要对被吸附物有一定得作用,与被吸附物,淋洗剂无化学反应。吸附能力:与颗粒粗细有关,粗则流速快,分离效果差;粗则流速慢,分离效果好。氧化铝分为酸性、中性、碱性三种酸性——１％HCl浸泡,蒸馏水洗至pH4—４、５,用于分离酸性物质中性——pH为７、５左右,用于分离中性物质碱性——pH９—１０,用于分离碱性物质或烃类。吸附剂得活性吸附剂活性与含水量有关,含水量越低活性越高。如:氧化铝依含水量分为五级,含水量分别为０;３％;６％;１０％;１５％硅胶五级对应含水量为０;５％;１５％;２５％;３８％一般制备方法:３５０——４００℃烘至无水(３小时)加入相应水量得相应级别。吸附力与分子极性有关。极性越强吸附力越大。淋洗剂选择极性递增顺序:Cl-Br-I-<C=C<-OCH3<<—CO2R<C=O<--CHO<-SH<-NH2<-OH<-CO2H吸附力与淋洗剂性质有关。选淋洗剂时应考虑被洗脱物质得极性与溶解度。极性大得化合物用极性大得淋洗剂洗脱;极性小得化合物用小极性淋洗剂洗脱;几种极性差别大得混合物用几种不同极性得淋洗剂分批洗脱。亦可以用混合淋洗剂。淋洗剂洗脱能力淋洗剂洗脱能力依以下顺序递增:正己烷〈CCl4〈C6H5-CH3〈C6H6〈CH2Cl2〈CHCl3〈Et2O〈CH3CO2C2H5〈Me2CO〈C3H7OH〈MeOH〈H2O淋洗要点:连续不断,不快不慢,吸附剂不露出液面。淋洗速度V=1—２滴/S为宜。快则交换不平衡;慢则具有大表面得吸附剂使某些成分破坏。淋洗曲线淋洗曲线:分段收集标准品洗脱液进行含量分析,绘成得淋洗剂体积—样品含量曲线。目得—使要收集得组分尽可能收集完全,对于无色化合物应该用标准品进行实验。分段收集洗脱液进行含量分析,绘成曲线。依此确定淋洗过程应收集得洗脱液体积,同时还可以确定淋洗所需溶剂。含量％淋洗剂体积常见吸附剂得处理中性氧化铝:５５０℃活化４h,使用前130℃活化5h,可保一周,过期重新活化;８００℃时中性变碱性。氧化铝吸附色素最佳。硅胶:水玻璃加盐酸,沉淀脱水得无定形多孔物质。表面Si-OH称硅醇,与不饱与化合物或极性基形成氢键而吸附;Si-O-Si氧桥可水解,称溶解度,pH=９以上显著,故不可用强碱性淋洗液;硅胶层析性能与多孔骨架及坑穴体系密切相关,加热有变。活化温度不超过２００℃。130℃活化２h备用。用于有机氯农药分离。混合吸附剂柱用混合吸附剂装柱柱可以用于纯化多种杂质得样品。不同得农药样品得提纯用不同得混合柱。常见混合柱如下。活性碳—氧化镁,用于有机磷农药分离。活性碳－纤维素,由于有机磷,有机氯农药分离。弗罗里硅土—中性氧化铝—酸性硅藻土,用于植物食品中有机氦农药净化;活性碳—中性氧化铝,CHCl3淋洗由于提纯有机磷农药。分配柱与凝胶渗透柱层析法分配柱层析法:把有机氯农药从极性小得农药样品中分配到极性大得溶剂中去。主要分离含脂肪、蜡质试样得有机氯。凝胶渗透柱层析法:用凝胶sephadexLH-20作有机磷农药残留分离净化。被纯化物质得分子量范围:有机磷200-400;色素500-900。用118g葡聚糖LH-20装柱。乙醇或丙酮淋洗;淋洗速度V=4、5ml/h。多数有机磷(残留水平0、05—0、005ppm)淋洗体积在305—428ml;回收率可达66-98%。薄层色谱薄层色谱就是比柱色谱更加应用广泛得分离分析手段。薄层色谱用于分离提纯具有简单快速得特点。但就是其分离容量不及柱色谱大,分离效果也不及柱色谱好。薄层分类:吸附与分配色谱,分配色谱又分正相色谱与反相色谱。正相:含水吸附剂(固定相),弱极性流动相,极性小得移动快。反相:钝化吸附剂(固定相),强极性流动相,极性强得移动快。薄层吸附色吸附色谱固定相:硅胶、氧化铝活化;加石膏为G型,不加为H型,加荧光剂为GF或HF正相分配色谱固定相:纤维素或用缓冲水溶液处理过得硅胶、或用极性有机溶剂处理过得硅胶。反相分配色谱固定相:用硅酮、石蜡等非极性溶剂处理过得硅胶或纤维素。薄层涂层:薄层自然晾干后进行活化。活化温度与时间:硅胶板105-120℃,1h;氧化铝板:70℃,40min。吸附剂选择吸附剂用途吸附剂用途硅胶吸附,分配氧化铝吸附,分配硅藻土分配纤维素分配氢氧化钙吸附聚酰胺吸附离子交换树脂离子交换氧化镁吸附,分配吸附剂粒度得要求:5-50μm。粒度太大推进快,影响分离;粒度太小则展开慢,出现拖尾或横向扩散过度。制备薄层板得参数薄层板规格:20×20cm,20×15cm,10×20cm,10×15cm,7、5×20cm,7、5×15cm,5×20cm,5×15cm。制板:皂液洗净,烘干备用。浆液与活化硅胶G:水=1:2(W∶W),110-130℃,1h氧化铝G:水=1:1—1:3(W∶W),80-100℃,30min硅藻土G:水=1:2(W∶W),110℃,30min纤维素粉:95%乙醇(丙酮)=1:5—1:6(W∶W),100℃,3-5min聚酰胺:甲醇=1:4—1:6(W∶W),60-70℃,1h。薄层板得制备制浆:按照比例将吸附剂与相应得液体加入烧杯,搅拌均匀。铺板:一般将均匀浆液适量倒在薄板上,两手指夹薄板两侧,旋转倾斜,让浆液在薄板上流均匀,也可以适度敲击震荡,使浆液流平。或者将两板贴紧,插入浆液中,在提起,让多余浆液流下,一次可以制备两块板。还有用涂布器铺板得。薄板铺好后置平台自然晾干,活化备用。展开剂选择展开剂选择标准,与淋洗剂标准一致。官能团极性如下:H—＜—Cl＜—C2H5＜—CH=CH2＜—OCH3＜—NO2＜—NMe2＜—COCH3＜—CO2R＜＞C=O＜—CHO＜—SH＜—NH2＜—NHCOR＜—OH＜—CONH2＜—CO2H一般单一展开剂没有很好得适合得极性,多用相容得展开剂混合,以调节展开剂极性。被分离物质、淋洗(展开剂)及固定相得极性选择关系用右下图指导选择展开体系。圆弧内三角形可以绕圆心转动,其三个角顶点分别指向三类物质得极性区限。如果没有适当得流动相,可以采用混合溶剂调节极性。弧线A代表吸附剂得活性,顺箭头方向增大。弧线B代表展开剂得极性,顺箭头方向增大。弧线C代表被分离物质极性,顺箭头方向增大。三角形得三个角所指位置就就是三者得关系一般薄层色谱实验操作实验操作环节:点样—展开—显色—计算Rf值点样:在距薄板下沿1cm处得水平线上毛细管得液滴与薄层表面相切,切忌玻璃管戳破薄层,可以重复点样。展开:薄层板下沿水平插入层析缸,展开剂一定不能淹没样点,层析缸内要充满展开剂蒸汽,层析缸要盖盖子,展开剂呈水平线上升,接近薄层上沿时为止。显色:大多数被展开物质没有颜色,要进行物理或者化学方法显色。薄层从层析缸取出,在展开剂前沿作一记号,待展开剂挥发干后显色。物理方法:紫外灯照射;碘蒸汽熏蒸等。化学方法:可以产生有色物质得反应。几种点样方法直接点点样:离下沿1、5-2、0cm处,毛细管分次点样d≤0、3cm(凸出液滴与薄层表面相切)。间接点样:打孔器打滤纸片2-3mm直径。试液点满滤纸片,晾干;打孔器打薄层2-3mm直径得孔,滤纸片嵌入。制备薄层可以将试样液用打孔器打下得吸附剂吸收,干后填入孔中;也可以在薄层上挖一条沟槽,试样液用吸附剂吸收,干后填入沟槽(展开后就是平行带状)薄板置于密闭得层析缸中展开分离。要确保薄板平行放置,样点在展开剂液面之上。等温吸附线与分离效果得关系在恒温下以展开相浓度为横坐标,吸附相浓度为纵坐标作图,得到等温吸附曲线。曲线中,A物质斜率大,说明被吸附作用强,展开速度就慢,Rf值就小。Ⅰ就是理想状况,显色后就是标准圆斑;Ⅱ与Ⅲ出现“拖尾”现象,分离效果也不好。、ⅠⅡⅢ有机磷农药得极性农药分子得极性就是影响分离效果得重要因素。硫酮型农药小于硫醇型农药得极性二硫代型小于磷酸酯、磷酰胺型共轭双键增多则增强分子极性;甲基同系物大于乙基同系物极性影响Rf得因素薄层厚度吸附剂种类、活度、展开剂极性、展层得饱与度展开方法:一般不加黏合剂,薄板水平展开。单向上行一次展开,倾角70-80°Rf值接近得物质要多次单向展开。每次可用同一展开剂,也可不同得展开剂。双向展开法:用正方形薄板,展开剂一次走到上沿后取出风干,旋转90°后再展开边缘效应:溶剂前沿线一般朝下弯造成Rf不准,且使色斑大小及形状不规则显色就是配合薄层进行鉴别。扫集共蒸馏法分离原理:将试样用注射器注入事先填入得无吸附性得填充剂(玻璃棉、玻璃珠、海砂等)得净化柱内,在规定温度下,农药与溶剂蒸汽随氮气流进冷凝管,冷凝后进入接收器。脂肪、色素不能汽化得杂质沉积在柱内填充剂上,使杂质得以分离。本法可用于有机磷、有机氮农药得分离提纯。构成部件:柱温箱、温度控制器、载气流量控制器、自动淋洗装置、净化柱、冷凝管、冷阱、收集器。低温冷冻分离法食品中农药残留得分析,取样后残留农药与大量得脂肪、蜡质混合在一起,给分离造成困难。由于动植物组织中得脂肪、蜡质可以在低温下于丙酮溶液中生成沉淀,将样品用丙酮反复萃取,萃取液经过冷冻,过滤而分离掉脂肪、蜡质沉淀,而农药留在丙酮中。冷冻温度一般在-70℃液相萃取法萃取原理:一组互不相溶得溶剂中溶有某一成分溶质。这种溶质以一定比例(浓度比)在两相中分配。两相中分配比称分配系数。利用同组溶剂中各物质分配系数不同或同种物质在不同溶剂组中分配系数不同而分开。(选择合适溶剂,反复分配)等容一次分配:一组等容互不相溶得溶剂中加入某一溶质,平衡后弱极性溶剂中农药比值就是P;强极性溶剂中比值就是Q;显然P+Q=1,两相浓度比为P/Q。等容多次分配与不等容分配取几份等体积强极性溶剂在1份弱极性溶剂中萃取几次后,弱极性溶剂中溶质含量就是Pn,强极性溶剂中溶剂含量就是1-Pn

。不等容一次分配:设弱极性溶剂体积就是强极性体积得α倍。依定义,一次分配后弱极性溶剂中含量就是αP,强极性溶剂中含量为Q;弱极性溶剂中所含农药占农药总量比例为:αP/(Q+αP)。用此比例式可以计算两相得农药含量。设P=0、7Q=0、3因两相浓度比不变。设0、7得相用2倍体积,则有0、7得液相中含有2×0、7/(0、3+2×0、7)=1、4/1、7乙腈提取样品中得残留农药果蔬,特别就是新鲜果蔬样品,含有大量水分,极性小得有机溶剂不能萃取其中得微量残留农药。首先用与水互溶得乙腈萃取,萃取液再用极性小得有机溶剂(不溶于水)萃取乙腈中得农药。萃取液中加入浓得Na