現(xiàn)代分離技術(shù)chap1課件

1、現(xiàn)代分離技術(shù)chap1王王 宏宏hongwzy 現(xiàn)代分離技術(shù)chap1u掌握現(xiàn)代分離技術(shù)的基本理論和應(yīng)用掌握現(xiàn)代分離技術(shù)的基本理論和應(yīng)用u提供選擇合適分離方法所需的背景知識(shí)提供選擇合適分離方法所需的背景知識(shí)u介紹各種分離技術(shù)在環(huán)境、生命、工業(yè)介紹各種分離技術(shù)在環(huán)境、生命、工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用等領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)代分離技術(shù)chap1Part1 Part1 現(xiàn)代分離技術(shù)現(xiàn)代分離技術(shù)Part2 Part2 痕量物質(zhì)的分離富集痕量物質(zhì)的分離富集Part3 Part3 復(fù)雜物質(zhì)分析復(fù)雜物質(zhì)分析 現(xiàn)代分離技術(shù)chap1u考核方式考核方式1.1.文獻(xiàn)報(bào)告開(kāi)卷考試（文獻(xiàn)報(bào)告開(kāi)卷考試（9 9周周三周周三3-43-4節(jié)節(jié))

2、 )2.2.文獻(xiàn)報(bào)告要求：文獻(xiàn)報(bào)告要求： 選擇選擇近三年近三年有關(guān)現(xiàn)代分離技術(shù)的英文文獻(xiàn)，最好結(jié)合本有關(guān)現(xiàn)代分離技術(shù)的英文文獻(xiàn)，最好結(jié)合本人的科研課題，做好人的科研課題，做好PPTPPT，在課堂上講授。，在課堂上講授。30-35min30-35min講述講述+10min +10min 討論提問(wèn)。討論提問(wèn)。注意：在講注意：在講pptppt之前每位同學(xué)需將自己的外文文獻(xiàn)提前一周之前每位同學(xué)需將自己的外文文獻(xiàn)提前一周發(fā)給我及轉(zhuǎn)發(fā)給其他同學(xué)，請(qǐng)大家課后留下自己的發(fā)給我及轉(zhuǎn)發(fā)給其他同學(xué)，請(qǐng)大家課后留下自己的emailemail?，F(xiàn)代分離技術(shù)chap1u文獻(xiàn)報(bào)告內(nèi)容文獻(xiàn)報(bào)告內(nèi)容1.1.文獻(xiàn)中的工作介紹文獻(xiàn)

3、中的工作介紹2.2.文獻(xiàn)中涉及的分離方法的文獻(xiàn)中涉及的分離方法的原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用（重要?。ㄖ匾。?.3.工作的工作的創(chuàng)新點(diǎn)創(chuàng)新點(diǎn)現(xiàn)代分離技術(shù)chap1 現(xiàn)代分離技術(shù)文獻(xiàn)報(bào)告時(shí)間安排表現(xiàn)代分離技術(shù)文獻(xiàn)報(bào)告時(shí)間安排表 待定待定 時(shí)時(shí) 間間 講述人講述人現(xiàn)代分離技術(shù)chap11.JOURNAL OF SEPARATION SCIENCE If=2.746 WILEY-V C H VERLAG GMBH The Journal of Separation Science (JSS) is the most comprehensive source in separation science,

4、as all areas of chromatographic and electrophoretic separation methods are covered. This includes fundamentals, instrumentation and applications, both in analytical and preparative mode. 2.SEPARATION AND PURIFICATION TECHNOLOGY If=2.503 ELSEVIER SCIENCE BV 3.SEPARATION SCIENCE AND TECHNOLOGY If=1.13

5、9 TAYLOR & FRANCIS INC 4.ANALYTICAL CHEMISTRY If=5.287 AMER CHEMICAL SOC 5.JOURNAL OF CHROMATOGRAPHY A If=3.641 ELSEVIER SCIENCE BV 6.丁明玉丁明玉 現(xiàn)代分離方法與技術(shù)現(xiàn)代分離方法與技術(shù) 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 2006現(xiàn)代分離技術(shù)chap1 Chap 1 Chap 1 緒論緒論 1.1 1.1 分離科學(xué)及其研究?jī)?nèi)容分離科學(xué)及其研究?jī)?nèi)容 1.2 1.2 分離的意義分離的意義 1.3 1.3 分離過(guò)程與分離方法分離過(guò)程與分離方法 1.4 1.4 分離方法的分類(lèi)

6、分離方法的分類(lèi) 1.5 1.5 分離方法評(píng)價(jià)分離方法評(píng)價(jià) 1.6 1.6 分離方法的選擇分離方法的選擇 1.7 1.7 分離技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)分離技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 現(xiàn)代分離技術(shù)chap1u分離分離（separation)separation)：利用混合物中各組分在：利用混合物中各組分在物理性質(zhì)或化學(xué)性質(zhì)物理性質(zhì)或化學(xué)性質(zhì)上的差異，通過(guò)適當(dāng)?shù)难b上的差異，通過(guò)適當(dāng)?shù)难b置或方法，使各組分分配至置或方法，使各組分分配至不同空間或在不同不同空間或在不同時(shí)間時(shí)間依次分布在同一空間的過(guò)程。依次分布在同一空間的過(guò)程。1.1 1.1 分離科學(xué)及其研究?jī)?nèi)容分離科學(xué)及其研究?jī)?nèi)容1.1.分離的定義分離的定義現(xiàn)代分離技術(shù)ch

7、ap1分離對(duì)象：物質(zhì)組分分離對(duì)象：物質(zhì)組分空間：容器、位置空間：容器、位置純度：純度：100%“100%“理想狀態(tài)理想狀態(tài)”；5 5個(gè)個(gè)9 9，6 6個(gè)個(gè)9 9還是有雜質(zhì)還是有雜質(zhì)* * 純度測(cè)定：測(cè)主成分含量，如重量法、庫(kù)侖法；純度測(cè)定：測(cè)主成分含量，如重量法、庫(kù)侖法； 測(cè)雜質(zhì)含量，如光譜純、高純氣體。測(cè)雜質(zhì)含量，如光譜純、高純氣體。注意：注意： 絕對(duì)的（完全）分離是不可能的絕對(duì)的（完全）分離是不可能的 實(shí)際工作一般不考慮無(wú)關(guān)組分實(shí)際工作一般不考慮無(wú)關(guān)組分 有些真實(shí)情況并沒(méi)有徹底分開(kāi)，只是儀器記錄的分析有些真實(shí)情況并沒(méi)有徹底分開(kāi)，只是儀器記錄的分析信息而已信息而已現(xiàn)代分離技術(shù)chap1完全分

8、離完全分離（理想化）（理想化）（） （）（）（）（）（）（）部分分離（部分分離（實(shí)際分離過(guò)程）實(shí)際分離過(guò)程） （）（）（）（）（）（，）（，）（，）分離的圖解定義分離的圖解定義組分組分：A, B。 空間空間： （）（） 豐度：豐度：A “ “主成分主成分”強(qiáng)制分離強(qiáng)制分離現(xiàn)代分離技術(shù)chap1相關(guān)描述：相關(guān)描述：（是否準(zhǔn)確或全面？）（是否準(zhǔn)確或全面？）u分離不能自發(fā)進(jìn)行（熵減少過(guò)程）分離不能自發(fā)進(jìn)行（熵減少過(guò)程）u分離在熱力學(xué)上受阻（對(duì)抗熱力學(xué)第二定律）分離在熱力學(xué)上受阻（對(duì)抗熱力學(xué)第二定律）u分離是逆著大自然的分離是逆著大自然的u熱力學(xué)是逆著物質(zhì)純化的熱力學(xué)是逆著物質(zhì)純化的 2.分離過(guò)程本質(zhì)

9、分離過(guò)程本質(zhì)現(xiàn)代分離技術(shù)chap1實(shí)例：實(shí)例：糖的溶解與結(jié)晶糖的溶解與結(jié)晶u糖溶于水糖溶于水 形成均勻溶液形成均勻溶液混合過(guò)程混合過(guò)程 過(guò)程是自發(fā)的過(guò)程是自發(fā)的熵增加熵增加u從水中取出糖從水中取出糖 對(duì)體系做功（如蒸餾法）對(duì)體系做功（如蒸餾法） 分離過(guò)程分離過(guò)程 過(guò)程不能自發(fā)進(jìn)行過(guò)程不能自發(fā)進(jìn)行熵減少熵減少 現(xiàn)代分離技術(shù)chap1實(shí)例：實(shí)例：己烷與水混合的實(shí)驗(yàn)己烷與水混合的實(shí)驗(yàn)u不能自發(fā)混合不能自發(fā)混合u劇烈攪拌或振蕩劇烈攪拌或振蕩混合混合u放置（停止放置（停止攪拌或振蕩攪拌或振蕩）自發(fā)分離自發(fā)分離 體系中除濃度差（熵效應(yīng)）外，還有：體系中除濃度差（熵效應(yīng)）外，還有：u水分子間的親水相互作用勢(shì)

10、能水分子間的親水相互作用勢(shì)能對(duì)抗混合對(duì)抗混合u水分子和己烷分子間的疏水相互作用勢(shì)能水分子和己烷分子間的疏水相互作用勢(shì)能對(duì)抗混合對(duì)抗混合u水和己烷的密度差（重力勢(shì)能）水和己烷的密度差（重力勢(shì)能）對(duì)抗混合對(duì)抗混合 現(xiàn)代分離技術(shù)chap1 分離過(guò)程要克服混合和稀釋兩個(gè)自發(fā)過(guò)程，在熱力學(xué)上分離過(guò)程要克服混合和稀釋兩個(gè)自發(fā)過(guò)程，在熱力學(xué)上是受阻的，因此分離必須付出代價(jià)，分離過(guò)程必須做是受阻的，因此分離必須付出代價(jià)，分離過(guò)程必須做功功（耗能）。（耗能）。 分離程度越高，付出的代價(jià)越大。分離程度越高，付出的代價(jià)越大。組分A組分BnAmolnBmol混合分離混合物(A+B)(nA+nB)mol 分離科學(xué)：研究

11、如何將熱力學(xué)第二定律所說(shuō)的自發(fā)過(guò)程，以分離科學(xué)：研究如何將熱力學(xué)第二定律所說(shuō)的自發(fā)過(guò)程，以相反方向進(jìn)行到最大限度的科學(xué)。即如何給體系相反方向進(jìn)行到最大限度的科學(xué)。即如何給體系增加能量增加能量和和降降低體系低體系的熵值以便增強(qiáng)分離效果。的熵值以便增強(qiáng)分離效果?，F(xiàn)代分離技術(shù)chap1結(jié)論：結(jié)論：u分離有時(shí)是自發(fā)過(guò)程、混合有時(shí)也不能自發(fā)進(jìn)行；分離有時(shí)是自發(fā)過(guò)程、混合有時(shí)也不能自發(fā)進(jìn)行；u總自由能決定體系是趨向分離、還是趨向混合，即：總自由能決定體系是趨向分離、還是趨向混合，即： G G總總勢(shì)能項(xiàng)熵項(xiàng)勢(shì)能項(xiàng)熵項(xiàng)i iRT lnaRT lnai iu均相體系中只存在濃度差均相體系中只存在濃度差 自發(fā)混合

12、。自發(fā)混合。u非均相體系中除濃度差外，還存在各種相互作用（勢(shì)能）非均相體系中除濃度差外，還存在各種相互作用（勢(shì)能） 各組分趨向于分配在低勢(shì)能相。（自由能降低）各組分趨向于分配在低勢(shì)能相。（自由能降低）現(xiàn)代分離技術(shù)chap1分離科學(xué)：研究從混合物中分離、富集或純化某些組分以獲分離科學(xué)：研究從混合物中分離、富集或純化某些組分以獲得相對(duì)純物質(zhì)的得相對(duì)純物質(zhì)的規(guī)律規(guī)律及其應(yīng)用的一門(mén)學(xué)科。及其應(yīng)用的一門(mén)學(xué)科。物質(zhì)的分離是化學(xué)中最基本的研究手段，也是最重要的實(shí)驗(yàn)物質(zhì)的分離是化學(xué)中最基本的研究手段，也是最重要的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。技術(shù)。分離是利用物質(zhì)的物理與化學(xué)性質(zhì)的差異來(lái)實(shí)現(xiàn)的。分離是利用物質(zhì)的物理與化學(xué)性質(zhì)的差異

13、來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 “分離性質(zhì)分離性質(zhì)/ /特性差異特性差異” 分離性質(zhì)差異越大越好分離。因此利用化學(xué)反應(yīng)改變分離分離性質(zhì)差異越大越好分離。因此利用化學(xué)反應(yīng)改變分離性質(zhì)差異是常見(jiàn)的分離方法。性質(zhì)差異是常見(jiàn)的分離方法。 分離過(guò)程中伴隨著分離與混合（或定向遷移與擴(kuò)散）、濃分離過(guò)程中伴隨著分離與混合（或定向遷移與擴(kuò)散）、濃集與稀釋。集與稀釋?，F(xiàn)代分離技術(shù)chap1u富集（富集（enrichment):enrichment):分離過(guò)程中目標(biāo)化合物濃度增加。分離過(guò)程中目標(biāo)化合物濃度增加。 用于用于摩爾分?jǐn)?shù)小于摩爾分?jǐn)?shù)小于0.10.1組分的分離組分的分離u濃縮（濃縮（ concentration):concent

14、ration):溶液中溶劑蒸發(fā)掉，溶液中溶液中溶劑蒸發(fā)掉，溶液中所有組分濃度同程度增加的過(guò)程。所有組分濃度同程度增加的過(guò)程。 用于用于摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)0.10.10.90.9之間組分的分離之間組分的分離u純化（純化（purification) :purification) :通過(guò)分離操作使產(chǎn)物純度增加通過(guò)分離操作使產(chǎn)物純度增加的過(guò)程。的過(guò)程。 用于用于摩爾分?jǐn)?shù)大于摩爾分?jǐn)?shù)大于0.90.9組分的分離組分的分離u純度（純度（ puritypurity）：表示純化產(chǎn)物主組分含量高低或雜）：表示純化產(chǎn)物主組分含量高低或雜質(zhì)多少。質(zhì)多少?，F(xiàn)代分離技術(shù)chap1 藥物及食品：藥物及食品： B B 無(wú)害或有

15、害，用量多少無(wú)害或有害，用量多少 結(jié)構(gòu)分析：結(jié)構(gòu)分析： 有機(jī)質(zhì)譜：本身具有一定的分離功能，純度要求不高有機(jī)質(zhì)譜：本身具有一定的分離功能，純度要求不高 NMR : NMR : 較高純度？大于較高純度？大于95%95% 元素分析：高純度（可靠性大于結(jié)構(gòu)表征意義?。┰胤治觯焊呒兌龋煽啃源笥诮Y(jié)構(gòu)表征意義！） 光譜（光譜（IRIR、UVUV、FLFL、CD etcCD etc）：加和性，）：加和性，可能相差很可能相差很大，尤其有少量高大，尤其有少量高值雜質(zhì)的光譜干擾值雜質(zhì)的光譜干擾 定量分析：如有定量分析：如有A A為痕量分析物，為痕量分析物，B B為嚴(yán)重干擾的大量物為嚴(yán)重干擾的大量物質(zhì)，帶出來(lái)的質(zhì)

16、，帶出來(lái)的 B B也許還會(huì)干擾也許還會(huì)干擾A A的測(cè)定的測(cè)定* *純度：指分離產(chǎn)物中雜質(zhì)的多少。純度：指分離產(chǎn)物中雜質(zhì)的多少。有時(shí)也用來(lái)對(duì)分離指標(biāo)的要求。有時(shí)也用來(lái)對(duì)分離指標(biāo)的要求?，F(xiàn)代分離技術(shù)chap14.4.現(xiàn)代現(xiàn)代分離技術(shù)含義：分離技術(shù)含義：新技術(shù)的使用：計(jì)算機(jī)、微生物、電子等新技術(shù)的使用：計(jì)算機(jī)、微生物、電子等對(duì)象：生物、現(xiàn)代化工業(yè)產(chǎn)品對(duì)象：生物、現(xiàn)代化工業(yè)產(chǎn)品評(píng)價(jià)方法：關(guān)心回收率、分離效率等宏觀指標(biāo)外。還關(guān)評(píng)價(jià)方法：關(guān)心回收率、分離效率等宏觀指標(biāo)外。還關(guān)心分離速率及微觀變化。心分離速率及微觀變化。傳統(tǒng)分離：傳統(tǒng)分離：1%1%的回收率不予考慮，現(xiàn)代分離對(duì)于昂貴的的回收率不予考慮，現(xiàn)代分

17、離對(duì)于昂貴的物質(zhì)，物質(zhì)，1%1%價(jià)值不菲。價(jià)值不菲?，F(xiàn)代分離技術(shù)chap15.5.現(xiàn)代分離技術(shù)的特點(diǎn)現(xiàn)代分離技術(shù)的特點(diǎn)u分離對(duì)象物質(zhì)種類(lèi)繁多分離對(duì)象物質(zhì)種類(lèi)繁多u分離的目的各不相同：后續(xù)的分析和純物質(zhì)做其他用分離的目的各不相同：后續(xù)的分析和純物質(zhì)做其他用途途u分離規(guī)模差異很大：分離規(guī)模差異很大： 微克級(jí)（鑒定用）微克級(jí)（鑒定用） 噸級(jí)（工業(yè)噸級(jí)（工業(yè)用）用）u分離技術(shù)很多：常用的分離技術(shù)數(shù)十種分離技術(shù)很多：常用的分離技術(shù)數(shù)十種u應(yīng)用領(lǐng)域廣泛：幾乎所有學(xué)科、工農(nóng)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛：幾乎所有學(xué)科、工農(nóng)業(yè)u 分離技術(shù)的進(jìn)步是推動(dòng)其他學(xué)科發(fā)展的動(dòng)力分離技術(shù)的進(jìn)步是推動(dòng)其他學(xué)科發(fā)展的動(dòng)力現(xiàn)代分離技術(shù)chap

18、16. 6. 分離科學(xué)的研究?jī)?nèi)容分離科學(xué)的研究?jī)?nèi)容u分離過(guò)程的分離過(guò)程的共同規(guī)律共同規(guī)律： 分離體系的功、能量的轉(zhuǎn)換關(guān)系；物質(zhì)輸運(yùn)的方向與分離體系的功、能量的轉(zhuǎn)換關(guān)系；物質(zhì)輸運(yùn)的方向與限度；動(dòng)力學(xué)研究各種分離過(guò)程的速度與效率。分離限度；動(dòng)力學(xué)研究各種分離過(guò)程的速度與效率。分離體系的化學(xué)平衡、相平衡、分配平衡體系的化學(xué)平衡、相平衡、分配平衡u基于不同分離原理的分離方法、設(shè)備及應(yīng)用基于不同分離原理的分離方法、設(shè)備及應(yīng)用現(xiàn)代分離技術(shù)chap1u（1 1）工匠階段或作坊時(shí)期）工匠階段或作坊時(shí)期u以色列人通過(guò)以色列人通過(guò)“苦水苦水”變成了飲用水變成了飲用水u枯樹(shù)枝扔進(jìn)苦水枯樹(shù)枝扔進(jìn)苦水 氧化了纖維素與鈣

19、鎂等離子反應(yīng)氧化了纖維素與鈣鎂等離子反應(yīng)u黃金黃金“七青八黃九紫十赤七青八黃九紫十赤”u青黃色的含金量為青黃色的含金量為7070，黃色的含金為，黃色的含金為8080，紫黃色的含金為，紫黃色的含金為9090，赤黃色的幾乎含金為，赤黃色的幾乎含金為100100 u利用溶解度不同利用溶解度不同現(xiàn)代分離技術(shù)chap1u（2 2）技術(shù)時(shí)期）技術(shù)時(shí)期u1919世紀(jì)末世紀(jì)末2020世紀(jì)初世紀(jì)初u 分離規(guī)律歸類(lèi)整理。分離規(guī)律歸類(lèi)整理。18761876年耶魯大學(xué)年耶魯大學(xué)GIBBS T.WGIBBS T.W教授教授關(guān)于相律的描述關(guān)于相律的描述u1906 TSWEET 1906 TSWEET 色譜法色譜法u193

20、7 Adans 1937 Adans 合成了有機(jī)交換樹(shù)脂合成了有機(jī)交換樹(shù)脂 很快在軟化水、稀很快在軟化水、稀土分離等應(yīng)用土分離等應(yīng)用現(xiàn)代分離技術(shù)chap1u（3 3）科學(xué)時(shí)期）科學(xué)時(shí)期u2020世紀(jì)世紀(jì)3030年代年代u分離生物制品。高純物質(zhì)。同位素。石油精煉等對(duì)分離的共性進(jìn)分離生物制品。高純物質(zhì)。同位素。石油精煉等對(duì)分離的共性進(jìn)行了探討。初步建立了學(xué)科理論。出現(xiàn)了行了探討。初步建立了學(xué)科理論。出現(xiàn)了分離科學(xué)分離科學(xué)雜志。雜志。u2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代美國(guó)化學(xué)會(huì)每年對(duì)在分離科學(xué)領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)的科學(xué)年代美國(guó)化學(xué)會(huì)每年對(duì)在分離科學(xué)領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)的科學(xué)家進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)。家進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)。uPurpose: T

21、o recognize outstanding accomplishments in Purpose: To recognize outstanding accomplishments in fundamental or applied research directed to separations fundamental or applied research directed to separations science and technology. science and technology. u1986 Giddings1986 Giddings教授：教授： 場(chǎng)級(jí)分離技術(shù)場(chǎng)級(jí)分離

22、技術(shù)u1989 Regnier 1989 Regnier 教授教授 HPLCHPLC分離生物大分子分離生物大分子u9090年代：年代： Knox Knox 教授教授 色譜速率理論色譜速率理論uWankat Wankat 工業(yè)色譜分離工業(yè)色譜分離u等等等等現(xiàn)代分離技術(shù)chap1u2011 Robin D. Rogers(離子液體）u2010 Janusz Pawliszyn ( (固相萃取）固相萃?。﹗2009AbrahamM.Lenhoff（分子間作用力）u2008AllanS.Myerson（研究結(jié)晶）u2009AbrahamM.Lenhoff2008AllanS.Myersonu2007N

23、oawardgiven2006Noawardgivenu2005Noawardgiven2004WilliamH.Pirkleu2003RalphT.Yang2002EdwardL.Cussleru2001CsabaG.Horvth2000E.PhilipHorwitzu1999CharlesW.Gehrke1998BarryL.Kargeru1997C.JudsonKing1996ReedM.IzattandJeraldS.Bradshawu1995GeorgesBelfort1994PhillipC.Wankatu1993JamesR.Fair1992MilosV.Novotnyu1991

24、GeorgesGuiochon1990HenryFreiseru1989JayM.S.Henis1988NormanN.Liu1987FriedrichG.Helfferich1986J.CalvinGiddingsu1985AlanS.Michaels1984D.B.Broughton現(xiàn)代分離技術(shù)chap1 2011 recipient Robin D. Rogers (center) is presented his award by sponsor representative Bobette Frye (right) and ACS President Nancy B. Jackson

25、 (left). 著名離子液體科學(xué)家、美國(guó)阿拉巴馬大學(xué)化學(xué)系綠色制造中心著名離子液體科學(xué)家、美國(guó)阿拉巴馬大學(xué)化學(xué)系綠色制造中心主任，是離子液體領(lǐng)域由學(xué)術(shù)研究走向應(yīng)用研究的重要開(kāi)拓者之主任，是離子液體領(lǐng)域由學(xué)術(shù)研究走向應(yīng)用研究的重要開(kāi)拓者之一。一。 20052005年，他獲得美國(guó)總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)（年，他獲得美國(guó)總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)（Presidential Presidential Green Chemistry Challenge AwardGreen Chemistry Challenge Award， 被聘為中國(guó)科學(xué)院過(guò)程被聘為中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所特聘研究員工程研究所特聘研究員現(xiàn)代分離

26、技術(shù)chap1u2010 recipient Janusz Pawliszyn (center) is2010 recipient Janusz Pawliszyn (center) ispresented his award by sponsor representative presented his award by sponsor representative Steven McDonough (left) and ACS President Steven McDonough (left) and ACS President Joseph S. Francisco (right). J

27、oseph S. Francisco (right). Dr.JanuszPawliszyn，DepartmentofChemistryUniversityofWaterloo，focusonsolidphasemicroextraction現(xiàn)代分離技術(shù)chap1物質(zhì)的分離富集是化學(xué)學(xué)科的重要研究?jī)?nèi)容之一物質(zhì)的分離富集是化學(xué)學(xué)科的重要研究?jī)?nèi)容之一u化學(xué)的發(fā)展離不開(kāi)分離富集。元素周期表中各個(gè)元素化學(xué)的發(fā)展離不開(kāi)分離富集。元素周期表中各個(gè)元素的發(fā)現(xiàn)，經(jīng)典的化學(xué)分離和提純方法都曾起過(guò)重要作的發(fā)現(xiàn)，經(jīng)典的化學(xué)分離和提純方法都曾起過(guò)重要作用。用。u在化工生產(chǎn)過(guò)程中，分離過(guò)程的基建投資占總投資的在化工生產(chǎn)

28、過(guò)程中，分離過(guò)程的基建投資占總投資的50%50%90%90%，消耗的能量也往往占總能量的絕大部分。，消耗的能量也往往占總能量的絕大部分。（例如聚乙烯生產(chǎn)過(guò)程中，精制所消耗能量占總能量（例如聚乙烯生產(chǎn)過(guò)程中，精制所消耗能量占總能量的的94%94%，而醋酸生產(chǎn)則占到，而醋酸生產(chǎn)則占到9898）。）。 現(xiàn)代分離技術(shù)chap1u 物質(zhì)的物理常數(shù)的測(cè)定；物質(zhì)的物理常數(shù)的測(cè)定；u 物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)的研究；物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)的研究；u 純物質(zhì)特異性研究純物質(zhì)特異性研究現(xiàn)代分離技術(shù)chap1u樣品中存在干擾物質(zhì)；樣品中存在干擾物質(zhì)；u待測(cè)組分在樣品中分布不均勻；待測(cè)組分在樣品中分布不均勻；u沒(méi)有合適的標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)；

29、沒(méi)有合適的標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)；u樣品的物理、化學(xué)狀態(tài)不適合于直接測(cè)定；樣品的物理、化學(xué)狀態(tài)不適合于直接測(cè)定；u樣品本身劇毒或具有強(qiáng)放射性。樣品本身劇毒或具有強(qiáng)放射性。現(xiàn)代分離技術(shù)chap1u分離干擾組分，可提高方法的專(zhuān)分離干擾組分，可提高方法的專(zhuān)一性。一性。u分離可降低儀器的檢出限分離可降低儀器的檢出限 待檢測(cè)組分含量越來(lái)越低，地球待檢測(cè)組分含量越來(lái)越低，地球和宇宙科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生命科和宇宙科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)、材料科學(xué)以及醫(yī)學(xué)和考古學(xué)學(xué)、材料科學(xué)以及醫(yī)學(xué)和考古學(xué)中，經(jīng)常要求檢測(cè)中，經(jīng)常要求檢測(cè)ug/gug/g，ngngg g，pgpgg g甚至更低含量的組分。甚至更低含量的組分。復(fù)雜物料的分

30、析或痕量、復(fù)雜物料的分析或痕量、超痕量分析過(guò)程超痕量分析過(guò)程采樣樣品制備一分解一采樣樣品制備一分解一分離富集一測(cè)定一數(shù)據(jù)處分離富集一測(cè)定一數(shù)據(jù)處理理40%40%20%分析過(guò)程 采樣及前處理 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代分離技術(shù)chap1下表列出了分離富集對(duì)延伸分析方法檢出限的作用，一般可使分析下表列出了分離富集對(duì)延伸分析方法檢出限的作用，一般可使分析方法的檢出限降低方法的檢出限降低1-31-3個(gè)數(shù)量級(jí)。個(gè)數(shù)量級(jí)。分析方法分析方法檢測(cè)限檢測(cè)限未經(jīng)富未經(jīng)富集集富集富集相相 差差光度法光度法發(fā)射光譜法發(fā)射光譜法極譜法極譜法質(zhì)譜質(zhì)譜中子活化法中子活化法6.977.11011129.810.51010.59.8121

31、312132.63.633.52.7231現(xiàn)代分離技術(shù)chap1u化學(xué)元素的發(fā)現(xiàn)，新化合物的結(jié)構(gòu)確定?；瘜W(xué)元素的發(fā)現(xiàn)，新化合物的結(jié)構(gòu)確定。u物理物質(zhì)的物理性質(zhì)研究。物理物質(zhì)的物理性質(zhì)研究。u生物樣品前處理生物樣品前處理u化工試劑和化工產(chǎn)品純化化工試劑和化工產(chǎn)品純化u醫(yī)學(xué)治療血友病的血液制劑。醫(yī)學(xué)治療血友病的血液制劑。u藥學(xué)藥理毒理實(shí)驗(yàn)，新藥開(kāi)發(fā)藥學(xué)藥理毒理實(shí)驗(yàn)，新藥開(kāi)發(fā)u材料科學(xué)超純硅材料科學(xué)超純硅u環(huán)境污水處理（沉淀），垃圾分類(lèi)（磁力分離法）環(huán)境污水處理（沉淀），垃圾分類(lèi)（磁力分離法）u石油除苯汽油（吸附、萃取），石油精煉（蒸餾）石油除苯汽油（吸附、萃?。途珶挘ㄕ麴s）現(xiàn)代分離技術(shù)cha

32、p1自來(lái)水、純凈水（過(guò)濾、反滲透）、凈水器；自來(lái)水、純凈水（過(guò)濾、反滲透）、凈水器；u色拉油、脫鹽醬油、精鹽；色拉油、脫鹽醬油、精鹽；u室內(nèi)空氣凈化器；室內(nèi)空氣凈化器；u香煙過(guò)濾嘴香煙過(guò)濾嘴u新劑型（針劑、口服液、膠囊）中藥新劑型（針劑、口服液、膠囊）中藥現(xiàn)代分離技術(shù)chap11.3 1.3 分離過(guò)程與分離方法分離過(guò)程與分離方法 分離過(guò)程示意圖分離過(guò)程示意圖力學(xué)能：機(jī)械能、流體動(dòng)能、位力學(xué)能：機(jī)械能、流體動(dòng)能、位能、熱能能、熱能 化學(xué)能：溶度差、化學(xué)結(jié)合能、化學(xué)能：溶度差、化學(xué)結(jié)合能、 電能、光能、核能等電能、光能、核能等對(duì)各組分所特有對(duì)各組分所特有的性質(zhì)差作用的性質(zhì)差作用(1)分離過(guò)程能量或

33、分離劑能量或分離劑原料物流原料物流（一個(gè)或數(shù)個(gè)）（一個(gè)或數(shù)個(gè)）分離裝置分離裝置兩個(gè)以上的產(chǎn)品物流兩個(gè)以上的產(chǎn)品物流（濃度不同）（濃度不同）現(xiàn)代分離技術(shù)chap1(2(2）可被分離利用的物質(zhì)性質(zhì)）可被分離利用的物質(zhì)性質(zhì) 分離之所以能夠進(jìn)行，是由于混合物中待分離的組分之間，分離之所以能夠進(jìn)行，是由于混合物中待分離的組分之間，在在物理、化學(xué)、生物學(xué)物理、化學(xué)、生物學(xué)等方面的性質(zhì)，至少有一個(gè)存在著的差等方面的性質(zhì)，至少有一個(gè)存在著的差異。異。物理性質(zhì)物理性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)：密度、摩擦因數(shù)、表面張力、尺寸、質(zhì)量力學(xué)性質(zhì)：密度、摩擦因數(shù)、表面張力、尺寸、質(zhì)量熱力學(xué)性質(zhì)：熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、臨界點(diǎn)、轉(zhuǎn)變點(diǎn)、蒸氣壓熱力學(xué)性

34、質(zhì)：熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、臨界點(diǎn)、轉(zhuǎn)變點(diǎn)、蒸氣壓 、溶解度、溶解度、分配系數(shù)、吸附平衡、溶解度、溶解度、分配系數(shù)、吸附平衡 現(xiàn)代分離技術(shù)chap1電、磁性質(zhì)：電導(dǎo)率、介電常數(shù)、遷移率、電荷、淌度，磁電、磁性質(zhì)：電導(dǎo)率、介電常數(shù)、遷移率、電荷、淌度，磁化率化率輸運(yùn)性質(zhì)：擴(kuò)散系數(shù)，分子飛行速度輸運(yùn)性質(zhì)：擴(kuò)散系數(shù)，分子飛行速度化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)熱力學(xué)性質(zhì)：反應(yīng)平衡常數(shù)、化學(xué)吸附平衡熱力學(xué)性質(zhì)：反應(yīng)平衡常數(shù)、化學(xué)吸附平衡 常數(shù)、離解常數(shù)、電離電位常數(shù)、離解常數(shù)、電離電位反應(yīng)速度性質(zhì)：反應(yīng)速度常數(shù)反應(yīng)速度性質(zhì)：反應(yīng)速度常數(shù) 生物學(xué)性質(zhì)生物學(xué)性質(zhì)生物學(xué)親和力、生物學(xué)吸附平衡，生物學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)生物學(xué)親和力、生物學(xué)吸附

35、平衡，生物學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)現(xiàn)代分離技術(shù)chap1 分離不是一個(gè)自發(fā)過(guò)程分離不是一個(gè)自發(fā)過(guò)程 性質(zhì)差異是分離的基礎(chǔ)性質(zhì)差異是分離的基礎(chǔ) 那么，這種差異應(yīng)該多大？一種還是多種？這取決于各那么，這種差異應(yīng)該多大？一種還是多種？這取決于各種分離技術(shù)的要求！種分離技術(shù)的要求！差異大，易分離：高選擇性分離，如特效化學(xué)反應(yīng)，生物親差異大，易分離：高選擇性分離，如特效化學(xué)反應(yīng)，生物親和力，用于二元分離和力，用于二元分離差異小，難分離：高效差異小，難分離：高效/ /高性能分離技術(shù)，如色譜色散力，高性能分離技術(shù)，如色譜色散力，用于多組分色譜和電泳分離用于多組分色譜和電泳分離現(xiàn)代分離技術(shù)chap1每一種分離方式無(wú)非是

36、以下四個(gè)過(guò)程的單獨(dú)、同每一種分離方式無(wú)非是以下四個(gè)過(guò)程的單獨(dú)、同時(shí)或依次進(jìn)行的過(guò)程時(shí)或依次進(jìn)行的過(guò)程：（1 1）化學(xué)轉(zhuǎn)換；）化學(xué)轉(zhuǎn)換；（2 2）兩相中的分配；）兩相中的分配；（3 3）相的物理分離；）相的物理分離；（4 4）外場(chǎng)作用下的遷移速率差異。）外場(chǎng)作用下的遷移速率差異?，F(xiàn)代分離技術(shù)chap11.4 1.4 分離方法的分類(lèi)分離方法的分類(lèi) 平衡分離過(guò)程平衡分離過(guò)程 速度差分離過(guò)程速度差分離過(guò)程 反應(yīng)分離反應(yīng)分離利用相間平衡利用相間平衡相平衡：在分離過(guò)程中形成新相相平衡：在分離過(guò)程中形成新相分布平衡：分離前引入第二相，分布平衡：分離前引入第二相， 溶質(zhì)在兩相中達(dá)到分布平衡溶質(zhì)在兩相中達(dá)到分布

37、平衡利用重力梯度、溫度梯度、電位梯度等場(chǎng)利用重力梯度、溫度梯度、電位梯度等場(chǎng)中，各組分的移動(dòng)速度差進(jìn)行分離中，各組分的移動(dòng)速度差進(jìn)行分離 化學(xué)反應(yīng)，如水中重金屬沉淀，離子交換反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)，如水中重金屬沉淀，離子交換反應(yīng) 電化學(xué)反應(yīng)，如電沉積電化學(xué)反應(yīng)，如電沉積 生物反應(yīng)，如生物反應(yīng)，如BODBOD可見(jiàn)，分離科學(xué)是一門(mén)綜合學(xué)科！可見(jiàn)，分離科學(xué)是一門(mén)綜合學(xué)科！現(xiàn)代分離技術(shù)chap1制備型分離制備型分離/ /純化純化分析型分離分析型分離分離分析分離分析按分離目的分類(lèi)要求高純度、高回收率產(chǎn)物要求高純度、高回收率產(chǎn)物規(guī)模：實(shí)驗(yàn)室；生產(chǎn)規(guī)模：實(shí)驗(yàn)室；生產(chǎn)/ /工程工程測(cè)定物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的分離：測(cè)定物質(zhì)結(jié)構(gòu)

38、和性質(zhì)的分離：高純度高純度；但不一定要求但不一定要求高收率高收率要求要求“定量定量”概念，即考慮分離程度的概念，即考慮分離程度的完全性；定量分離的可能性；簡(jiǎn)單快速；完全性；定量分離的可能性；簡(jiǎn)單快速；分離結(jié)果具有良好的再現(xiàn)性分離結(jié)果具有良好的再現(xiàn)性一類(lèi)儀器分析方法，其特征就是分離分析系統(tǒng)一類(lèi)儀器分析方法，其特征就是分離分析系統(tǒng)化，即分離過(guò)程與檢測(cè)技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)構(gòu)成化，即分離過(guò)程與檢測(cè)技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)構(gòu)成一種新型的分析技術(shù)一種新型的分析技術(shù)現(xiàn)代分離技術(shù)chap1現(xiàn)象學(xué)分類(lèi)法（過(guò)程分類(lèi)法）平衡分離過(guò)程：利用相間平衡（相平衡和分布平衡）平衡分離過(guò)程：利用相間平衡（相平衡和分布平衡）速度差分離過(guò)程：

39、利用外場(chǎng)作用速度差分離過(guò)程：利用外場(chǎng)作用反應(yīng)分離：只對(duì)混合物中某些特定組分發(fā)生化學(xué)、生物反應(yīng)。反應(yīng)分離：只對(duì)混合物中某些特定組分發(fā)生化學(xué)、生物反應(yīng)。通?？梢詫?duì)指定物質(zhì)進(jìn)行充分的分離。通常可以對(duì)指定物質(zhì)進(jìn)行充分的分離。 高選擇性分離：如烷烴、烯烴在高選擇性分離：如烷烴、烯烴在“AgCl”AgCl”柱上的分離柱上的分離現(xiàn)代分離技術(shù)chap1現(xiàn)代分離技術(shù)chap1現(xiàn)代分離技術(shù)chap1 回收率回收率 富集倍數(shù)富集倍數(shù) 分離因子分離因子 分配系數(shù)與分配比分配系數(shù)與分配比現(xiàn)代分離技術(shù)chap10AAAQQR 欲回收組分的回收率都是越大越好。欲回收組分的回收率都是越大越好。 確定回收率的大小要根據(jù)分離目的

40、、分離組分的確定回收率的大小要根據(jù)分離目的、分離組分的 濃度含量和分離費(fèi)用等考慮。濃度含量和分離費(fèi)用等考慮。 Q0AQA被分離物質(zhì)被分離物質(zhì)A A分離的完全程度：分離的完全程度： Q為實(shí)際回收量為實(shí)際回收量 , Q0為理論回收量為理論回收量現(xiàn)代分離技術(shù)chap1u常量組分常量組分 R RA A 0.999 0.999u微量組分微量組分(0.011%) (0.011%) R RA A 0.99 0.99u痕量組分痕量組分( (1010-4-4% ) % ) R RA A 0.90 (0.95)0.90 (0.95) 在化工、冶金工藝過(guò)程中，回收率要根據(jù)分離目的、在化工、冶金工藝過(guò)程中，回收率要根據(jù)分離目的、分離組分的濃度和價(jià)值而定，它不僅是一個(gè)定量分離分離組分的濃度和價(jià)值而定，它不僅是一個(gè)定量分離的概念，而且也是經(jīng)濟(jì)價(jià)值的概念。的概念，而且也是經(jīng)濟(jì)價(jià)值的概念。u回收率的測(cè)量回收率的測(cè)量：采用標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)，如標(biāo)準(zhǔn)樣品、檢采用標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)，如標(biāo)準(zhǔn)樣品、檢測(cè)過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、人工合成樣品、分析過(guò)的樣品或采測(cè)過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、人工合成樣品、分析過(guò)的樣品或采用標(biāo)準(zhǔn)加入法通過(guò)與測(cè)定樣品相同的方法來(lái)測(cè)定回收用標(biāo)準(zhǔn)加入法通過(guò)與測(cè)定樣品相同的方法來(lái)測(cè)定回收率。率。現(xiàn)代分離技術(shù)chap12 2）富集因子富集倍數(shù)）富