实验室常用分离技术原理及操作.ppt

1、实验室常用的分离技术原理和操作，一、蒸馏法，原理：挥发度种类1 .单纯蒸馏2 .共沸蒸馏(恒沸蒸馏)3.减压蒸馏(真空蒸馏)4.水蒸气蒸馏5 .精密蒸馏(分馏)、单纯蒸馏distillatiity (气化过程冷凝过程)纯液态物质在一定的大气压强下具有一定的沸点，蒸馏时只要体系内的蒸汽和液体存在于云同步，在整个蒸馏过程中温度一定的蒸馏就是液体混合物，温度不一定的情况较多，随着蒸馏的进行而上升。 发生这种现象是因为蒸发的蒸汽组成在蒸馏过程中发生了变化。 应用：1.分离液体混合物(沸点差至少为30以上)2.纯化液体和低熔点固体，除去不挥发性杂质，分离挥发性液体和不挥发性物质3 .回收溶剂或浓缩溶液。

2、 由*共沸蒸馏蒸馏曲线可知，混合成分在一定温度下形成的共沸混合物，不能通过常压蒸馏的方法分别分离。 因为在共沸混合物中，与液体平衡的蒸汽成分与液体本身的组成相同。 因此，通过在材料体系中添加共沸剂，形成与要分离的一个或多个成分具有最低(或最高)共沸点的共沸物，可以提高要分离的化合物间的相对挥发度，实现分离目的。 应用：1.去除溶剂中的水分2 .去除反应中生成的水使反应向有利于生成产物的方向移动3 .分离纯化各种物质。 (2)简单蒸馏设备和操作、蒸馏设备、普通蒸馏设备、a、b、c、b .空气凝结蒸馏设备、c .简单蒸馏设备、2 .蒸馏操作(1)温度校正的测定度比沸点1020高，不要太高。 范围越

3、大精度越差。 温度修正位置* (2)蒸馏瓶：蒸馏瓶中的液体量不得超过其体积的2/3，沸腾面积应增大至一盏茶。 超过的话沸腾液体雾容易被蒸汽输送到接收系统，沸腾强烈的话液体会飞出。 蒸馏前加入沸石防止暴力。 (3)冷却管：直形冷却管和空气冷却管最为普遍。 bp.150考虑了空气冷却管，但由于蒸汽温度高，遇到冷循环水时经常会破裂。 (4)加热浴：有机物蒸馏、除特殊情况外，一般不能直火加热的加热浴：低温时(200硅油浴、黑金属铅浴(导热性好)砂浴、电热茄克衫加热浴温度越高，蒸发速度越快，但加热浴温度一般不可超过沸点30的加热浴温度过高：蒸馏速度(5)蒸馏速度：以每秒一滴的蒸发速度为宜。 蒸馏乙醚等低

4、沸点有机溶剂时，要特别注意蒸馏速度不太快。 否则，冷却管无法冷凝所有乙醚。 在云同步上，将橡胶管连接在冷却管的下端和带支管的承接管的侧口，导入流动的水中，将挥发的乙醚蒸汽带走。 (6)没有馏出液的蒸馏时，停止蒸馏。 即使蒸馏液中的杂质少，为了防止意外事故也不能蒸干燥。 (7)蒸馏结束后，停火后停止通水，最后卸下机器。 (8)其他注意事项蒸馏前，应尽量多了解被蒸馏物的性质。 沸点范围，有无爆炸因素有毒物蒸馏，在通风厨房进行真空(减压)蒸馏Vacuum Distillation高沸点的化合物蒸馏时，可以通过减压蒸馏降低沸点，减少分解，增加蒸馏效果。 (1)减压蒸馏原理：液体表面分子的逸出所需的能量

5、随着外压的降低而降低，可以降低压力，降低液体的沸点。 降低这个压力进行的蒸馏的操作是减压蒸馏。液体的沸点和压力的关系可以用logP=A B/T (P-蒸气压、T-绝对温度、a、b常数)来近似，但实际上很多物质的沸点变化并非如此，而是物质的理化性质，因此，在减压蒸馏时，参考“压力-温度”表，计算一个化合物的沸点和压力的函数(2)减压蒸馏设备及操作： 1 .装置由a、b、c、d四个部分组成。 a :蒸馏设备B3:安全保护具、c :负荷传感器d :真空装置、a .蒸馏设备水芹蒸馏头、蒸馏瓶、温度校正、毛细管拉力赛、冷却管、接管、接收瓶d .真空装置3360根据实验要求，即分离的真空度越高，操作越复杂

6、，在泵中不使用机油泵水泵：一般不需要追加烘干设备，只要安全瓶即可。 机油泵：在追加固体氢氧化纳金属钍、固体氯化钙元素等干燥塔装置的同时，还需要冷说唱乐。 高真空泵：安全瓶、冷说唱乐、保护具(3个干燥塔)泵油常时更换(至少1次/月)。 真空校正表：一般开口u型水银校正直立单管真空校正马克斯表(旋转式)，2 .操作上应注意的问题：1)防止漏气，在通讯端口容器上涂抹真空润滑工。 2 )橡胶管应用新品，不易损坏和漏气。 3 )加热浴比被蒸馏物质的沸点高10-30度。 4 )蒸馏结束后去除热源，稍微冷却后去除真空。 5 )高真空操作时，需要防护眼镜。 6 )在得不到良好的真空之前，请不要加热蒸馏。 水蒸

7、气蒸馏(Steam Distillation )是分离精制载物台的一般方法之一，特别是在反应生成物中混入大量树脂状杂质的情况下，水蒸气蒸馏的效果比通常的蒸馏和再结晶更好。 1 .要求被分离物质不溶于水或微溶于水的前提条件。 2 .即使长时间与水共沸也不与水反应。 3 .近l00有一定的蒸气压，一般在10mmHg(133kPa )以上。 定义：不溶于水或微溶于水的有机化合物，无论是固体还是液体，只要在l00左右具有一定的蒸气压，即一定的挥发性，与水一起加热就可以蒸馏成水和云同步，这被称为水蒸气蒸馏。 (1)在水蒸气蒸馏原理为：水蒸气蒸馏的情况下，混合物沸腾的温度比水的正常沸点低。 因此，在100

8、以下的温度下蒸馏化合物，水蒸气蒸馏是有效的方法。 水蒸气蒸馏冷凝液中两种物质的相对质量(也是蒸汽中的相对质量)与蒸汽压力和相对分子量成正比。 p总=P水Ps，(2)水蒸气蒸馏装置和操作1 .水蒸气蒸馏装置：水蒸气发生器装置蒸馏设备，水蒸气发生器一般为金属制(或替换为短颈圆底侥瓶)。 使用时向发电机内加入23容积的水，在发电机的上口插入插头，将内径约05cm、长度约80cm的玻璃管作为安全管插入，使管的下端接近发电机底部。 发生器的蒸汽导出口通过三通管与蒸馏部分的蒸汽导人管相连。 t管的支管上套上短橡胶管，用螺丝夹住。 蒸汽导管的下端尽量靠近烧瓶底部。 在管道和蒸馏塔之间连接气液分离器，或者安装

9、三通管去除冷凝水。 用克蒸馏头与冷却管相接，防止蒸馏时蒸馏瓶的混合物洒到冷却管上。 2、在水蒸气蒸馏操作水蒸气发生器中加入容积为23的水，将蒸馏物注入人的圆底烧瓶中，使其量不超过烧瓶容积的l3。 检查装置有没有漏气。 开始蒸馏之前打开螺旋回形针，将水蒸气发生器加热至水沸腾，三通管的支管上出现水蒸气时，拧紧回形针，将水蒸气均匀地通过人的圆底烧瓶。 此时，烧瓶内的混合物有机物和水的混合物的蒸汽凝结成乳浊液进入接收器，控制馏出速度23滴/s。被蒸镀物质全部蒸发后，蒸发液从浑浊变得澄清，此时不结束蒸馏，进而使l020ml的透明馏出液蒸发，停止蒸馏。 在蒸馏中由于水蒸气的凝结，蒸馏瓶内的液量增加，超过烧

10、瓶容积的23，蒸馏速度慢的情况下，可以通过石棉网加热蒸馏烧瓶。 但是，注意瓶子内的液体沸腾。 蒸馏过程中，还需要留心安全管水位是否正常，蒸馏蒸馏罐内的混合物是否严重飞散，或者是否吸引。 发生此现象时，请立即打开螺杆回形针，去除热源，确定故障原因，排除故障后继续加热。 中断或结束蒸馏时，请务必打开与水蒸气发生器和蒸馏设备之间的三通管相连的螺旋回形针，使系统通过大气后停止加热，拆除瓶子后，依次拆除部分装置。 与水蒸气一起挥发的物质具有高熔点，凝结后固体容易析出时，缩小凝结水的流速，凝结后也保持液态。 在现有固体析出接近堵塞的情况下，为了暂时停止冷凝水，需要暂时除去冷凝水，等物质熔融后水才会流入接收

11、器。 精馏/分馏(Fractional distillation )是一个多次汽化冷凝过程，可减少重复蒸馏次数。 通常蒸馏：的沸点差30以上是有效分离的分馏： 12、2、结晶和再结晶，结晶是物质以结晶状态从溶液中析出的过程。 晶化是提纯固体有机化合物的重要方法，是利用混合物中各成分在某些溶剂中或混合溶剂中的溶解度不同，使其相互分离成晶体的过程。 再结晶的初次结晶多或少总是有少量的杂质(频谱分析、熔点测定)，因此需要重复结晶，这个过程称为再结晶。 (1)结晶法的基本原理是，精制的固形物和所含杂质在同一溶剂中的溶解度不同，结晶析出精制。 如果选择溶剂只溶解被精制物质，不溶解杂质，则过滤后结晶化，可

12、以容易地精制样品，理解也容易。 但是，实际上，溶剂大多能够溶解在要精制的物质和杂质两者中，但只要杂质在全固体中仅占很少一部分，就没有能够用结晶法精制的理想溶剂，或者很少。 杂质含量不足5。 固体溶解度和溶剂的选择：因素，溶解度：理想情况下，被纯化物质在室温下微溶于所选溶剂，在高温下相当容易溶解。 溶剂：是低温和高温溶解度都低的溶剂或低温的高温下溶解度都大的溶剂，都仅适用于不适合结晶化用的溶解度的倾向大的溶剂。 固体溶解度曲线、溶剂选择：进行结晶化操作时的第一个问题是选择溶剂，使精制对象的样品具有所希望的溶解度特性。 (1)理想的溶剂应满足a稳定该溶剂与想纯化的物质不发生化学反应的条件。 像脂肪

13、族卤化烃类那样，作为盐化学基性化合物的再结晶溶剂不优选、容易引起亲核取代反应反应的醇类，作为脂质再结晶的溶剂(酯类化合物交换反应)也不优选，作为氨基酸盐再结晶的溶剂(亲核取代反应阿摩尼亚裂解反应)也不优选。 b溶解度曲线斜率大的c对杂质的溶解度大。 可溶解杂质留在母液中。 或者对杂质的溶解度更小，很少溶于热溶剂。 d沸点不太高沸点高，溶剂附着在结晶表面难以除去。 另外，沸点过高的溶剂，固体不会在溶剂中溶解而是溶解。 这种液体在蒸发制冷时不析出，而是过冷液体或过冷油。 即使温度下降到一盏茶，这种油也不会固化结晶，呈现非晶质体的固体和硬化物，无法精制。 在实验中遇到油状物是极其困难的，必须交换溶剂

14、，再溶解得到结晶。 (2)溶剂选择方法a通常通过用多种溶剂对稍微精制的样品进行实验，选择适合结晶化的溶剂。 一般以试管的规模进行实验即可。作为具体的操作，将0.1g的粉末状试样放入小的试管中，一边用吸管滴下溶剂一边持续挥动试管，放入的溶剂约为1ml，如果全部溶解，则该溶剂相对于该溶剂的溶解度过大，因此无法入选在蒸发制冷后结晶析出者多的情况下，即使添加可作为再结晶溶剂选择的1ml，加热也不溶解，之后逐渐滴加溶剂，每次0.5ml，直至3ml，样品不溶解的人，如果因溶解度过小而在不能适用的3ml以内，则加热溶解，蒸发制冷后析出大量的结晶对于b已知的化合物，可以参考参考文献选择适当的溶剂。 c未知化合

15、物在选择溶剂时，根据化合物的结构性质，按照“相似相溶”的原则，按照上述的味道试验法进行实验。 溶质极性大时，必须用极性大的溶剂溶解。 如果溶质是无极性的，则需要无极性溶剂。 溶剂的极性很大程度上依赖于介电常数，通过寻找相对电容率的大小可以选择合适的溶剂。 d如果不能选择单一溶剂进行再结晶，可以适用混合溶剂。 (2)结晶和再结晶操作，1固体溶解a根据溶剂进行选择，选择适当的溶剂。 b热沸溶剂以尽可能少的量加入纯化对象样品中，使大部分溶解(不加入溶剂加热溶解，避免化合物的分解)。 溶剂沸腾后不能放样品。 有突沸的危险) *样品较多、溶剂较多的情况下，可安装回水管，防止溶剂挥发。 在搅拌下加热使其溶

16、解。 根据需要添加少量溶剂，每次的添加量必定少。 精制对象物质中含有不溶或难溶性的杂质时，不要误以为溶剂不足，请加入过剩的溶剂。 如果不知道是杂质还是样品，建议去除。 在此过程中需要脱色时，请事先添加活性炭，溶液沸腾后不要添加。 如果不这样做的话，会产生强浓沸腾，很危险，2热过滤调制的热溶液，过滤中温度会下降，为了不在过滤器上析出结晶，必须通过热过滤除去不溶杂质。 当某种物质非常容易结晶化时，可以更薄地配合溶液，过滤后浓缩。 3结晶析出及过滤收集(1)结晶放置滤液，逐渐蒸发制冷，有较大的结晶析出。 大晶体内含有的杂质也很多。 急冷和搅拌影响结晶的形成，结晶变小。 小结晶杂质少，但其表面大，表面

17、吸附的杂质和母液多。 为了得到比较纯粹的物质，多进行二次三次再结晶，能够得到均匀且良好的结晶。 如果蒸发制冷后的溶液还没有结晶化，a .用玻璃棒摩擦瓶子壁就可以诱发结晶。 b .加入少量种晶，使结晶析出。 这种操作被称为“种晶”。 实验室没有这样的结晶，可以自己做。 其方法是，在小吸管中取几滴过饱和溶液，使其旋转，在试管壁上形成薄膜，然后将该试管放入蒸发制冷剂中，使少量结晶成为“籽晶”。 也可以在表面皿中取一滴过饱和溶液，使溶剂挥发而得到籽晶。 c .长时间放置在冰箱中。 (2)结晶的过滤和清洗：用减压过滤装置过滤，收集结晶。 甁壁上残留结晶，必须先用母液转移结晶，然后干燥。 减去负压后，用冷新溶剂清洗结晶，轻轻搅拌，除去表面吸附的杂质和母液，然后立即干燥。 4晶体的干燥(1)最常用的晶体干燥法是将晶体放在表面皿上或蒸发皿上进行风干。 优点：无需加热，可以减少分解和熔化。 缺点：暴露于空气中，易吸湿潮解，易氧化。 (2)电烤箱干燥。 对热稳定，干燥温度不得超过化合物的熔点。 (3)真空干燥：真空干燥机(不需要加热、不暴露于空气、抽真空)真空干燥机箱(需要加热、不高温、不抽真空干燥)容易热升