第4章 萃取分离.ppt

第4章 萃取分离法 §4.1 溶剂萃取 §4.2 超临界流体萃取 §4.3 双水相萃取 §4.4 凝胶萃取 §4.1 溶剂萃取 一、溶剂萃取的定义 ——指利用溶质在互不相溶的两相之间分配系数的差异来使之得到分离的方法。 如：向含有碘的水溶液中加 入CCl4，混合后静置分层， 碘会转移至CCl4中。 这是由于被萃物碘在CCl4 中的分配系数大于它在水中 的分配系数的缘故。 相似相溶规则： 极性化合物易溶于极性的溶剂，而非极性化合物易溶于非极性溶剂。 如：I2易溶于非极性的CCl4而难溶于极性的H2O； 而水可以从丙醇和溴丙烷的混合液中萃取极性的丙醇。 在一个萃取体系中，存在着： 溶 质A——易溶于萃取剂的组分， 原溶剂B——难溶于萃取剂的组分， 萃取剂S——选定的溶剂， S与B不相混溶。 萃取相E——由萃取剂S + 溶质A组成， 萃余相R——由原溶剂B + 未被萃取的其他溶质组成。 萃取是一种常用的分离和富集方法，把某种或某些物质从一个液相 ( 水相 ) 转移到另外一个液相 ( 有机相 )。 在上述的例子中， 选用的CCl4——既是萃取溶剂，同时也是萃取剂。 萃取剂——在水中加入某种试剂，使被萃物质与试剂结合成不带电荷的、难溶于水的分子。这种试剂称萃取剂。 萃取溶剂——主要起改善有机相物理性质的作用。 有时有机相由两种溶剂组成，一种是萃取溶剂，另一种是萃取剂。 例如：如用氯仿来萃取水溶液中的Al3+时，可用8—羟基喹啉作萃取剂，使之形成8—羟基喹啉铝，难溶于水而易溶于氯仿。 8—羟基喹啉——萃取剂， 而氯仿——萃取溶剂。 二、萃取的特点 选择性好，回收率高，分离效果好； 设备简单、操作快速、简便； 既适于常量分析也适于微量分析； 既可分离有机物质，又可分离无机离子； 但有机溶剂易挥发、易燃、有毒，且消耗量大。 三、萃取的本质 使欲分离的物质由亲水性转化为疏水性，而且在有机溶剂中有较大的溶解度，从而从水相转入有机相，达到分离溶液中某些物质的目的。 亲水性: 易溶于水难溶于有机溶剂的性质。 ——凡是离子态的物质都具有亲水性； 疏水性: 易溶于有机溶剂难溶于水的性质。 ——如，油脂、萘、蒽等 萃取过程就是加入某种试剂，使亲水性物质向疏水性转化，再选择一种结构相似的有机溶剂, 使待分离物最大限度地转入另一相中。 规律: (1). 离子都有亲水性； (2). 亲水基团越多亲水性越强； 常见的亲水基团: —OH、—SO3H、—COOH、—NH2、=NH等。 (3). 疏水基团越多、分子量越大、疏水性越强。 常见的疏水基团: —R、—RX、—Ar等 例如：水中痕量污染物Ni2+以水合离子Ni(H2O)62+形式存在，具有亲水性。要使Ni2+从溶液中分离除去，应先将其转为疏水的，而且易溶于有机溶剂的镍的化合物。 可在氨性溶液中（pH=9）加入丁二酮肟，生成稳定的镍螯合物：丁二酮肟—镍。 萃取物质由亲水性转化为疏水性的过程。即： 萃取： 亲水性 疏水性 相反，如条件改变时，也可使被萃取物由有机相转移到水相，此过程称为反萃取。 反萃取： 疏水性 亲水性 如上例中，生成的丁二酮肟—镍螯合物进入有机相后，向有机相加入盐酸（0.5-1.0 N），丁二酮肟—镍能完全离解为Ni2+和丁二酮肟，立即恢复其亲水性,又重新转入水相中。 利用反萃取，往往可使欲分离的组分与萃取剂分离开，以利于后续的测定。 四、萃取平衡及特征参数 萃取开始时，有机相中HR的浓度迅速上升，随后，增加的速度减慢，最后达到一恒定的值。 与此相对应，水相中HR的浓度起初迅速下降，然后减少的速度减慢，最后也达到一恒定的值。此时萃取即达到平衡： 通常用以下几个特征参数来衡量萃取体系的优劣及组分分离、富集的效果。 1.分配系数KD 萃取是溶质在两相中经过充分振摇，达到平衡后按一定比例重新分配的过程。在恒温、恒压、较稀浓度下，溶质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），即： 上式中，KD就是分配系数。 只有在稀溶液中，而且在一定温度下，KD才是常数。 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有机相中的溶解度越大； 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萃取才能彼此分离； 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D 可见， 分配系数KD在一定条件下