分離與富集,主講人： 李 云 云 日 期： 2013年3月,延安大學,課程簡介,第1章 緒論（2學時） 第2章 沉淀分離法（4學時） 第3章 液一液萃取分離法（6學時） 第4章 離子交換分離法（6學時） 第5章 色譜分離法（6學時） 第6章 泡沫浮選分離法（2學時） 第7章 電泳分離法（2學時） 第8章 膜分離法（2學時）,理論教學：32學時（216）；學分：2學分 考核方式：考查（平時成績+課件制作+綜述論文） 內容：分離科學的基礎知識、基本原理和分離技術,第一章 緒論,一、分離科學及研究內容 二、分離科學的重要性 三、分離過程的本質 四、分離方法的分類 五、分離方法的評價 六、分離技術的展望,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或化學性質上的差異，通過適當的裝置或方法，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。（與時間相關的空間重新分布） 通俗地講分離就是利用理化性質的差異，將某種（或某類）物質從復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的規(guī)律及其應用的一門學科。,5,相關概念 純化：除去雜質，使純度提高（摩爾分數0.9） 濃縮：除去溶劑，所有溶質濃度都提高（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 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：得到性質相近的一族物質 組分離往往是單一分離的基礎,6,1.2 分離特點 對象物質種類繁多-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 分離技術形形色色 應用領域十分廣泛,7,1.3 分離科學研究內容 傳統(tǒng)分離技術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。而現代分離科學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。 分離科學實質上是研究如何將熱力學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。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,用熱力學原理討論分離體系的功、能量和熱的轉換關系，以及物質輸運的方向和限度； 用動力學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,認識物質世界的必經之路-純物質 各種分析技術的前提-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” 其他科學發(fā)展的基礎-物理、化學、環(huán)境、醫(yī)學、生物、材料、化工、食品、等等 提高人類的生活品質純凈水、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，物質的物理、化學、或生物學性質必有差異。,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，熵效應驅使體系自發(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,按分離方法的性質不同分為： 物理分離法：離心、電磁分離等物理手段 化學分離法：沉淀、萃取、色譜、選擇性溶解等化學過程 物理化學分離法：蒸餾、揮發(fā)、電泳、膜分離、區(qū)帶熔融等物理化學性質差異,14,按分離過程的原理不同分為：,機械分離 傳質分離 反應分離,化工 分離 過程,過濾 沉降 離心分離 旋風分離 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 非均相,能量+物質 非均相/均相,離子交換、反應萃取 反應吸收、反應結晶 生物降解,物質 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,根據分離目的和經濟價值要求回收率，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：通過分離將目標組分在樣品中的摩爾分數提高的過程。,富集對象通常都是微量和痕量組分，富集倍數視樣品中組分的最初含量和后續(xù)分析中檢測技術的靈敏度高低而定。,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 最純的產物 消耗最少的能量、試劑和時間 最簡單的設備 最簡單的操作流程,如何實現？熱力學，動力學,選擇的一般原則,22,常用于分離的物質性質,選擇依據,23,色譜已成為最有效和應用最廣泛的分離技術 不同分離技術相互滲透形成新的分離方法 其他學科的發(fā)展促進了分離科學的發(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,