分離與富集,主講人： 李 云 云 日 期： 2013年3月,延安大學(xué),課程簡介,第1章 緒論（2學(xué)時） 第2章 沉淀分離法（4學(xué)時） 第3章 液一液萃取分離法（6學(xué)時） 第4章 離子交換分離法（6學(xué)時） 第5章 色譜分離法（6學(xué)時） 第6章 泡沫浮選分離法（2學(xué)時） 第7章 電泳分離法（2學(xué)時） 第8章 膜分離法（2學(xué)時）,理論教學(xué)：32學(xué)時（216）；學(xué)分：2學(xué)分 考核方式：考查（平時成績+課件制作+綜述論文） 內(nèi)容：分離科學(xué)的基礎(chǔ)知識、基本原理和分離技術(shù),第一章 緒論,一、分離科學(xué)及研究內(nèi)容 二、分離科學(xué)的重要性 三、分離過程的本質(zhì) 四、分離方法的分類 五、分離方法的評價 六、分離技術(shù)的展望,4,1.1 什么是分離（separation）? 分離是利用混合物中各組分在物理性質(zhì)或化學(xué)性質(zhì)上的差異，通過適當?shù)难b置或方法，使各組分分配至不同的空間區(qū)域或者在不同的時間依次分配至同一空間區(qū)域的過程。（與時間相關(guān)的空間重新分布） 通俗地講分離就是利用理化性質(zhì)的差異，將某種（或某類）物質(zhì)從復(fù)雜的混合物中分離出來，使之以相對純的形式存在。 分離科學(xué)指研究從混合物中分離、富集或純化某些組分以獲得相對純物質(zhì)的規(guī)律及其應(yīng)用的一門學(xué)科。,5,相關(guān)概念 純化：除去雜質(zhì)，使純度提高（摩爾分數(shù)0.9） 濃縮：除去溶劑，所有溶質(zhì)濃度都提高（0.10.9） 富集：增加目標組分濃度，縮小混合物體積（0.1） 分離的形式 單一分離：得到純物質(zhì) 多組分相互分離-多次操作 特定組分分離-高選擇性，難度大 組（族）分離：得到性質(zhì)相近的一族物質(zhì) 組分離往往是單一分離的基礎(chǔ),6,1.2 分離特點 對象物質(zhì)種類繁多-天然、合成的 目的各不相同-分析、制備 規(guī)模差別很大-工業(yè)、實驗室 分離技術(shù)形形色色 應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛,7,1.3 分離科學(xué)研究內(nèi)容 傳統(tǒng)分離技術(shù)理論上更注重各種分離方法及其機理，手段上更注重分離所采用的材料和工藝過程。而現(xiàn)代分離科學(xué)更注重研究被分離組分在空間移動和再分布的宏觀和微觀變化規(guī)律。 分離過程中伴隨著分離與混合（或定向遷移與擴散）、富集與稀釋。 分離科學(xué)實質(zhì)上是研究如何將熱力學(xué)第二定律所說的自發(fā)過程以相反方向進行到最大限度的科學(xué)。即如何給體系增加能量和降低體系的熵值以便增強分離效果。,8,用熱力學(xué)原理討論分離體系的功、能量和熱的轉(zhuǎn)換關(guān)系，以及物質(zhì)輸運的方向和限度； 用動力學(xué)原理研究各種分離過程的速度與效率；研究分離體系的化學(xué)平衡、相平衡和分配平衡。 建立分離方法 闡明方法原理 了解分離效率 優(yōu)化分離條件,9,認識物質(zhì)世界的必經(jīng)之路-純物質(zhì) 各種分析技術(shù)的前提-樣品前處理 延伸分析方法的檢出下限-富集和濃縮 防止環(huán)境污染的有效工具-化工業(yè)“三廢” 其他科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)-物理、化學(xué)、環(huán)境、醫(yī)學(xué)、生物、材料、化工、食品、等等 提高人類的生活品質(zhì)純凈水、色拉油、精鹽、各種方便服用的藥劑等等,10,分離過程,能夠分離，物質(zhì)的物理、化學(xué)、或生物學(xué)性質(zhì)必有差異。,添加物料：吸收劑、溶劑、表面活性劑、離子 交換劑、液膜、吸收物質(zhì)等 引進能量：電、熱、磁、靜壓力、離心力等,11,實例: 蔗糖-水：溶解（自發(fā)混合），蒸發(fā)制糖（分離，需做功）； 油-水：溶解難，做功能混合乳化，放置油水自然分離； Fe3+、Ti4+的6M鹽酸溶液混合均勻，該溶液與乙醚混合后分層， Fe3+被萃取到乙醚層。 羅尼認為：分離過程要克服混合和稀釋兩個自發(fā)過 程，因此分離過程必須做功（耗能）。,12,如何判斷能否自發(fā)進行？ 無論混合、分離，是否自發(fā)進行，需看體系的自由能如何變化.分離過程一般是熵減小的過程，需要外界對體系做功。,勢能包括各種相互作用。 均相體系只存在濃度差，熵效應(yīng)驅(qū)使體系自發(fā)混合形成均勻體系。 非均相體系除濃度差外，還存在相互作用（勢能差），組分趨向分配在低勢能相。,13,按分離方法的性質(zhì)不同分為： 物理分離法：離心、電磁分離等物理手段 化學(xué)分離法：沉淀、萃取、色譜、選擇性溶解等化學(xué)過程 物理化學(xué)分離法：蒸餾、揮發(fā)、電泳、膜分離、區(qū)帶熔融等物理化學(xué)性質(zhì)差異,14,按分離過程的原理不同分為：,機械分離 傳質(zhì)分離 反應(yīng)分離,化工 分離 過程,過濾 沉降 離心分離 旋風(fēng)分離 電除塵,平衡分離 速度差分離,蒸發(fā) 蒸餾 吸收,膜分離 電泳 滲析 泡沫分離,能量 非均相,能量+物質(zhì) 非均相,能量+物質(zhì) 非均相/均相,離子交換、反應(yīng)萃取 反應(yīng)吸收、反應(yīng)結(jié)晶 生物降解,物質(zhì) 非均相/均相,15,常見平衡分離方法,16,速度差分離方法：,17,反應(yīng)分離方法：,18,5.1 分離方法的評價指標：,回收率：分離過程中損失量的多少,根據(jù)分離目的和經(jīng)濟價值要求回收率，通常：常量組分（1），RA99; 痕量組分（90或95。 標準加入法或標準樣品法測定,19,分離因子：兩組分被分離的程度，A目標組分，B共存組分，則分離因子定義為,回收率相差越大，分離效果越好。分離前后兩者的比例相差越大，分離效果越好。,20,富集倍數(shù)：通過分離將目標組分在樣品中的摩爾分數(shù)提高的過程。,富集對象通常都是微量和痕量組分，富集倍數(shù)視樣品中組分的最初含量和后續(xù)分析中檢測技術(shù)的靈敏度高低而定。,其它：成本、環(huán)境污染等,21,5.2 分離方法的選擇 最佳分離方法始終是我們追求的目標！ 最佳分離因子 最純的產(chǎn)物 消耗最少的能量、試劑和時間 最簡單的設(shè)備 最簡單的操作流程,如何實現(xiàn)？熱力學(xué)，動力學(xué),選擇的一般原則,22,常用于分離的物質(zhì)性質(zhì),選擇依據(jù),23,色譜已成為最有效和應(yīng)用最廣泛的分離技術(shù) 不同分離技術(shù)相互滲透形成新的分離方法 其他學(xué)科的發(fā)展促進了分離科學(xué)的發(fā)展 自動化 在線分離-提高定性能力和分離分析效率,24,1. 根據(jù)自己的理解，用自己的語言闡述分離與分析這兩個概念的區(qū)別與聯(lián)系。 2. 列舉一兩個給你日常生活帶來很大益處，而且是得益于分離的事例。分析解決這個問題時，采用了哪幾種分離方法。,課后思考,