分离科学基础

分离科学基础

第一章 绪论

1.分离主要有两种形式:一种是组分离，另一种是单一分离。

2.按分离过程来分：分为机械分离、传质分离、反应分离。

3.按分离方法的性质：分为物理分离法、化学分离法。

4.回收率：是分离中最重要的一个评价指标，它反映的是被分离物在分离过程中损失量的多少，是分离方法准确性的表征。若被分离物质为A，其回收率为：

RAQA0QA

0QA为被分离物质A的量，QA为分离前样品中物质A的量。

5.分离系数：表示表示两种物质被分离的程度，它与这两种物质的回收率密切相关，回收率相差越大，分离效果越好。

假设A为目标分离组分，B为共存组分，即把不需要的组分B分离出去。留下需要的组分A，即分离系数定义为

SBA0RBQAQ0BRAQBQA,从被测组分A来说，S或R越小越好，一般B/AB

认为，RA≈1，SB/A<10-3，分离是比较完全的，但对于痕量分析，则要求SB/A≈10-6~-7，RA≈95%。

第二章 沉淀分离法

1.沉淀分离法：通过沉淀反应将预测组分分离出来或者把共存组分共沉淀下来，从而达到分离的目的。

2.同离子效应：沉淀的溶解度因其共同离子的一种过量存在而减小的现象称为同离子效应。

3.盐效应：当溶液中有与构成沉淀的离子不同的离子存在时，沉淀的溶解度增大，这种现象称为盐效应。

第三章 液-液萃取分离法

1.被萃取物：指原先溶于水相，然后被有机相萃取的物质。

2.萃取液与萃余液：萃取分层的有机相称为萃取液，此时的水相称为萃余液。

3.惰性萃取剂：本身不与被萃取物发生化学反应，仅起溶解被萃取物，改变萃取剂的物理性质，是萃取两相易于分层的作用。

4.活性萃取剂：可与被萃取物发生化学反应，形成配合物、离子缔合物或溶剂化合物。

5.共萃取：是指某一元素单独存在时不被萃取，或很少被萃取，但当另一元素存在而被萃取时，难萃取效率大为增加的现象。

6.协同（萃取）效应：在一些萃取体系中，两种或两种以上萃取剂的混合物，同时萃取某一金属离子或其化合物时，其分配比显著地大于每一种萃取剂，在相同浓度条件下单独萃取的分配比之和。

7.助萃剂：水相中加入能促进被萃取物的分配比或萃取率增大的络合剂，是萃取过程中不可缺少的辅助试剂。

8.分配比（D）：表示溶质在两相中以各种形式存在的总浓度的比值。

D100%DV水V有9.萃取率：

E 当V水=V有时，

ED100%D1

nE1-(1-E)100% 110.若连续萃取n次，nnlg（100-En）-2lg（100-E1）-2

11.假定一次萃取的E1%=50%（即D=1），欲达到En%=99%，必须连续萃取几次？欲达到En=99.9%，又必须连续萃取几次？

lg（100-99%）-27lg（100-50%）-2lg（100-99.9%）-2n10lg（100-50%）-2解：

n12.盐析作用：在离子缔合物萃取体系中，加入与被萃取化合物具有相同阴离子的盐或酸，显著的提高萃取率的作用。加入的盐类称为盐析剂。

13.盐析作用的本质：

① 加入盐析剂使阴离子浓度增加，产生同离子效应，是萃取平衡朝发生萃取需作用的方向移动。

② 盐析剂是电解质，其离子水化作用可使溶剂中水分子活度减小，降低了萃取物与水分子的结合能力。因而有利于萃取。

③ 高浓度电解质存在使水的介电常数大为降低，水的偶极矩作用减弱，有利于离子缔合物的形成。

14.选择盐析剂的一般原则：

① 选用小半径高电荷阳离子盐。阳离子半径越小，价态越高，溶剂化作用越强。下列阳离子盐析作用次序：Li+>Na+,Be+>Li+

② 尽量使用高浓度盐析剂，浓度越高，萃取效果越好，但不宜使用饱和浓度，否则容易析出结晶，影响操作。

③ 盐析剂不应有副作用或干扰测定。

④ 阴离子尽可能具有同离子效应。

15.选择萃取剂的原则：

① 一般应使螯合物有较大的溶解度。

② 螯合剂有较小的溶解度。

③ 溶剂的比重与水相差较大。

④ 粘度较小。

⑤ 毒性，挥发性小。

第四章 离子交换分离法

1.离子交换分离法：就是利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换反应进行分离的方法。

2.离子交换树脂由骨架、活性基团两部分组成。

骨架：由不溶性的三维空间网状结构组成的骨架。

活性基团：连接在骨架上可以电离的，可被交换的基团。

3.交联度：是指树脂交联的程度，通常用加入树脂中交联剂的百分含量表示交联度的大小。

交联度=交联剂质量/反应混合物质量 ×100%

4.阳离子交换树脂：强酸性阳离子交换树脂 弱酸性阳离子交换树脂

5.阴离子交换树脂：强碱性阴离子交换树脂 弱碱性阴离子交换树脂

6.交换容量：单位体积湿树脂或单位质量干树脂中，所有交换基团的总数称为总交换容量。

7.操作交换容量：单位体积湿树脂或单位质量干树脂中实际参加反应的活性基团数，单位为mmol/mL或mmol/g

8.强酸性阳离子交换树脂特点：

① 淡黄色球状颗粒

② 化学稳定性好，耐磨性好

③ 在酸性、碱性和中性介质中都可使用

④ 交换反应速度快

⑤ 无机和有机阴离子均可交换

9.强碱性阴离子交换树脂特点：

① 淡黄色球状颗粒

② 对强酸根和弱酸根都能交换

③ 对酸、碱、氧化剂及某些有机溶剂都比较稳定

④ 在酸性、碱性溶液中都能使用，交换容量不受溶液pH影响。

10.道南理论：

① 树脂在水中溶胀后，树脂表面和外界溶液之间的界面可以看成是一个半透膜，膜的一边是树脂相，另一边是液相。

② 树脂网状结构上的固定离子不能透过膜，而平衡离子则可以通过膜扩散。

③ 由于树脂中的固定离子的存在，使能通过膜的交换离子在膜的两边处于不均匀的平衡状态，即道南平衡。

11.影响离子交换亲和力的因素：

① 离子的体积越大，电荷越低，静电引力越小，亲和力越小。

② 决定于水合离子的大小和电荷数的多少。同价的离子，其水合离子半径大，亲和力小，反之则大。

12.影响离子交换选择性因素：

① 水合离子半径：半径越小，亲和力越大

② 离子化合价：高价离子易于被吸附

③ 溶液pH：影响交换基团和交换离子的解离程度，但不影响交换容量。

④ 离子强度：越低越好

⑤ 有机溶剂：不利于吸附

⑥ 交联度，膨胀度，分子筛：交联度大，膨胀度小，筛分能力增大；交联度小，膨胀度大，吸附量减少。

⑦ 树脂与离子间的辅助力：除静电力以外，还有氢键和范德华力等辅助力。

13.影响外扩散的因素：

① 离子浓度：离子浓度越大，外扩散速度越快。

② 温度：温度升高1℃，外扩散速度增加3%~5%。

③ 搅拌速度：搅拌速度越快，外扩散速度越快。

④ 树脂颗粒越小，外扩散速度越快。

14.始漏点：当流出液开始出现待交换离子B+时，称为交换过程达到始漏点。

15.始漏量：到达始漏点为止，交换柱的交换总量。

16.吸附剂特性：

① 化学稳定性好，耐化学腐蚀，分离所得到的产物具有良好的化学纯度。

② 耐辐射性尤其在放射化学分离中容易得到比较稳定的分离效率和回收率。

③ 具有良好的吸附和淋洗性能，在吸附层中溶质和吸附剂之间容易达到平衡，吸附

和淋洗较快，为快速分离相获得较小体积的淋洗液创造了条件。

④ 吸附剂易于获取，价格低廉，操作比较简单，消化处理容易。

计算题：

1.已知某阳离子交换树脂的选择系数

CsNaCsKLi3.25,KLi1.98,计算KNa

RLiCs⇌RCsLi

CaKLiCsrLisCssLir NarLisNasLir

RLiNa⇌RNaLi

NaKLiRNaCs⇌RCsNa

CsKNaCsrNasCssNar

CsrLisCsrNasCssLirCsKNaCssNarNarLisNasLirCsKLi3.25Na1.64KLi1.98

2.2g氢型树脂与100ml 0.1mol/L HCL并含有0.001mol/L Ca2+溶液一起振荡。求平衡时

Ca2+存留于溶液中的百分数（已知K2HCa3.2，树脂交换容量为5mmol/g）