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1、实验室常用分离技术原理及操作,一、蒸馏法,原理：挥发度 种类 1. 简单蒸馏 2. 共沸蒸馏（恒沸蒸馏） 3. 减压蒸馏（真空蒸馏） 4. 水蒸气蒸馏 5. 精密蒸馏（分馏）,简单蒸馏 Distillation （一）基本原理 蒸馏是指将液态物质加热至沸腾，使成为蒸气状态，并将其冷凝为液体的操作过程。（气化过程冷凝过程） 纯液态物质在一定大气压下有一定的沸点，在蒸馏时，只要体系内蒸汽和液体都同时存在，整个蒸馏过程中温度将是恒定的；若蒸馏是液体混合物，温度往往不会恒定，将随着蒸馏过程的进行不断上升。发生这种现象的原因是由于蒸出的蒸汽的组成在蒸馏过程中一直在改变。 应用：1. 分离液体混合物（沸点
2、相差至少30以上）； 2. 提纯液体及低熔点固体，以除去不挥发的杂质； 把挥发性液体与不挥发的物质分离开； 3. 回收溶剂或者浓缩溶液。,* 共沸蒸馏 根据蒸馏曲线可知，混合组分在一定温度下形成的共沸 混合物是不能利用常压蒸馏的方法将其各个分开因为在 共沸混合物中，与液体平衡的蒸气组分与液体本身组成相同。 因此，可以采用在物料体系中加入共沸剂，使之与一个或 几个待分离成分形成具有最低（或最高）共沸点的共沸物， 使需要分离的化合物间的相对挥发度增大以达到分离目的。 应用：1. 除去溶剂中的水分； 2. 除去反应过程中生成的水使反应向有利于生成 产物方向移动； 3. 分离、精制各种物质。,（二）简
3、单蒸馏装置及操作,蒸馏装置,普通蒸馏装置,A,B,C,B. 空气冷凝蒸馏装置,C. 简单蒸馏装置,2. 蒸馏操作 （1）温度计测量度要高于沸点1020，不宜高出太多。范围越大，精度越差。温度计位置* （2）蒸馏瓶：液体在蒸馏瓶中的量不应超过其体积2/3，使沸腾的面积足够大。若超出，沸腾液体雾滴易被蒸汽带到接收系统，沸腾强烈时，液体可冲出。蒸馏之前加沸石防暴沸。 （3）冷凝管：直形冷凝管与空气冷凝管最为普遍。 bp.150考虑用空气冷凝管，因为蒸汽温度较高，遇冷循环水往往发生炸裂。,（4）加热浴：有机物蒸馏，除非在特殊情况下，一般不能直火 加热而用加热浴： 低温时（200硅油浴， 石墨浴（导热性
4、好) 沙浴，电热套 加热浴温度越高，蒸出速度越快，但加热浴温度一般最高不 能高于沸点30，沸点很高的情况下，也不能超过40。 加热浴温度过高：蒸馏速度太快，瓶内蒸汽压大气压，烧 瓶炸裂，造成事故；被蒸馏物过热分解。,（5）蒸馏速度： 每秒一滴的蒸出速度是合适的。 蒸馏乙醚等低沸点的有机溶剂时，特别注意蒸馏速度不能太快，否则冷凝管不能将乙醚全部冷凝下来。同时应在冷凝管下端带支管的接受管的侧口处连接一橡皮管，使其导入流动的水中，以便挥发的乙醚蒸气带走。 （6）若已无馏出液蒸出，应停止蒸馏。既使蒸馏液中杂质很少， 也不能蒸干，以防意外事故。 （7）蒸馏完毕，先停火，再停止通水，最后拆卸仪器。 （8）
5、其他注意事项 蒸馏前，被蒸馏物的性质应作尽可能多的了解。沸点范围， 有无爆炸因素；有毒物蒸馏，在通风厨中进行,真空（减压）蒸馏 Vacuum Distillation 高沸点的化合物蒸馏时，可用减压蒸馏，以降低沸点，减少分解和增加蒸馏效果。 （一）减压蒸馏的原理: 液体表面分子逸出所需的能量随外界压力的降低而降低，因此，降低压力，可降低液体的沸点。这种在降低压力下进行的蒸馏的操作为减压蒸馏。,液体沸点与压力的关系可以由以下公式近似表示： logP= A + B/T （P-蒸汽压，T-绝对温度，A、B常数）,实际上许多物质的沸点变化并不如此，这是由物质的理化性质-主要是分子在液体中缔和程度决定的
6、。故在减压蒸馏时，常常参考用“压力-温度”表来估计一个化合物的沸点和压力的关系。,（二）减压蒸馏装置及操作: 1. 装置由A, B, C, D四部分组成。,A：蒸馏装置 B: 安全保护装置,C：测压装置 D：真空装置,A. 蒸馏装置 克莱森蒸馏头，蒸馏瓶，温度计， 毛细管，冷凝管，接引管，接收瓶 D. 真空装置: 根据实验要求，即根据所分离的液体的沸点，选择不同真空度大小的真空泵。真空度越高，操作越烦琐，能用水泵不用油泵。 水泵：一般不需要附加干燥装置，只需安全瓶即可。 油泵：一般要加一个干燥塔装置，如固体氢氧化钠，固 体氯化钙等，同时需要连一个冷阱。 高真空泵：连安全瓶、冷阱和保护 装置（三
7、个干燥塔）； 泵油常更换（至少1次/月）。 真空测量表：普通开口U型水银计； 直立单管真空表； 麦氏表（转动式）,2. 操作中需注意的问题： 1）防止漏气，磨口容器涂真空油脂。 2）橡皮管应用新的，不易抽瘪和漏气。 3）加热浴应比被蒸馏物质的沸点高出10-30 。 4）蒸馏完毕先移去热源，稍冷后，再移去真空。 5）高真空操作时，需戴防护眼镜。 6）未获得良好真空之前，切勿加热蒸馏。,水蒸汽蒸馏 (Steam Distillation),是分离和纯化化台物的常用方法之 一，尤其是在反应产物中混有大量树脂状杂质的情况，水蒸气蒸馏效果较普通蒸馏或重结晶好。,要求: 1. 被分离物质不溶或微溶于水先决
8、条件。 2. 长时间与水共沸不与水反应。 3. 近l00有一定蒸气压， 一般不少于10mmHg(133kPa)。,定义：许多不溶于水或微溶于水的有机化合物， 无论是固体还是液体，只要在 l00左右具有一定的蒸气压，即有一定的挥发性时，若与水在一起加热就能与水同时蒸馏出来，这就称为水蒸气蒸馏。,（一）水蒸气蒸馏原理: 水蒸气蒸馏时，混合物沸腾的温度要低于水的正常沸点。因此要在100或更低温度蒸馏化合物，水蒸气蒸馏是有效方法。,水蒸气蒸馏冷凝液中，两种物质的相对质量（也是蒸气中相对质量）与他们的蒸气压和相对分子量成正比。,P总= P水+ Ps,（二）水蒸气蒸馏装置及操作 1. 水蒸气蒸馏装置：蒸汽
9、发生器装置 蒸馏装置,水蒸气发生器一般是用金属制成(或用短颈圆底侥瓶代替)。 使用时在发生器内加入23容积的水，在发生器的上口通过塞子插入一根内径约05cm，长约80cm玻璃管作为安全管，管子的下端接近发生器底部。发生器的蒸气导出口通过T形管与蒸馏部分的蒸气导人管相连。在T形管的支管上套一段短橡皮管，用螺旋夹夹住。蒸气导人管下端尽量接近烧瓶底部。 在管道与蒸馏瓶之间接上气液分离器或装上一个T形管以除去其中的冷凝水。 用克氏蒸馏头与冷凝管相接，用来防止蒸馏时蒸馏瓶中的混合物溅入冷凝管。,2. 水蒸气蒸馏操作 在水蒸气发生器中加入容积23的水，将蒸馏物倒人圆底烧瓶，其量不得超过烧瓶容积的l3。检查
10、装置是否漏气。 开始蒸馏前先将螺旋夹打开，加热水蒸气发生器至水沸腾，当T形管的支管有水蒸气冲出时，把夹子夹紧，让水蒸气均匀地通人圆底烧瓶中，这时烧瓶内的混合物翻滚不息 有机物和水的混合物蒸气经过冷凝管冷凝成乳浊液进入接受器，控制馏出速度23滴/s。当被蒸物质全部蒸出后，蒸出液由混浊变澄清，此时不要结束蒸馏，要再多蒸出l0一20mL的透明馏出液方可停止蒸馏。,在蒸馏过程中若因水蒸气冷凝而使蒸馏瓶内液体量增加，以至超过烧瓶容积的23，或者蒸馏速度较慢时，可将蒸馏烧瓶隔石棉网加热。但要注意瓶内液体的沸腾。 在蒸馏过程中，还需注意安全管水位是否正常、蒸馏甁内混合物是否飞溅厉害或倒吸。若出现此现象应立即
11、打开螺旋夹，然后移去热源，找出故障原因，排除故障再继续加热。 中断或结束蒸馏时，一定要先打开连接于水蒸气发生器与蒸馏装置之间的T形管上的螺旋夹，使体系通大气，然后再停止加热，拆下接收瓶后，再按顺序拆除备部分装置。 如果随水蒸气挥发的物质具有较高的熔点，在冷凝后易于析出固体，则应调小冷凝水的流速，使它冷凝后仍然保持液态。如已有固体析出且接近阻塞时，要暂停冷凝水，甚至需要将冷凝水暂时放去，以使物质熔融后随水流入接收器中。,精馏/分馏(Fractional distillation) 是一个多次汽化-冷凝过程，它减少反复蒸馏次数。,普通蒸馏: 沸点差30 以上有效分离；分馏：12,二、 结晶与重结晶
12、,结晶是物质以晶态的形式从溶液中析出的过程。 结晶是纯化固体有机化合物的重要方法，它是利用混合物中各成分在某种溶剂中或某种混合溶剂中的溶解度不同使其相互分离成结晶的过程。 重结晶由于初次结晶或多或少总会有少量杂质（光谱分析、熔点测定），因此需反复结晶，这一过程叫做重结晶。,（一）结晶法的基本原理 依据要纯化的固体物质与所含杂质在同一溶剂中溶解度不同，结晶析出而得到纯化。 若所选择溶剂只溶解被纯化物质，不溶解杂质，那末通过过滤后，进行结晶，可以很容易将样品纯化，也很容易理解。但是，实际上并没有或很少有这样理想的溶剂，即溶剂往往对欲纯化物质和杂质都能溶解，但只要杂质在总固体中占很小一部分，即可以用
13、结晶法予以纯化。杂质含量少于5。,固体溶解度与溶剂的选择：主要因素,溶解度：理想的情况被纯化物质在室温时微溶于所选溶剂，而在较高温 度时却相当易溶。 溶 剂：低温和高温溶解度都较低的溶剂或低温高温下溶解度都较大的溶 剂，均不适于结晶用；只有在溶解度斜率较大的溶剂才适合。,固体溶解度曲线,溶剂选择：进行结晶操作时的首要问题是选择一种溶剂，使 待纯化样品具有我们所希望的溶解度性质。 （1）理想的溶剂应符合下列条件： A稳定 该溶剂不与欲纯化的物质发生化学反应。如脂肪族卤代烃类，不宜用作碱性化合物重结晶溶剂，易发生亲核取代反应；醇类不宜作为脂类重结晶的溶剂（酯交换反应），也不宜作氨基酸盐酸盐重结晶的
14、溶剂（亲核取代氨解反应)。 B溶解度曲线有较大斜率 C对杂质有更大溶解度。能把杂质溶解而留在母液中。 或对杂质有更小溶解度，很少溶于热溶剂中。 D沸点不宜太高 沸点高，溶剂附着于晶体表面不易除尽。 另外，沸点太高的溶剂，固体在溶剂中熔融而不是溶解，这种液体在冷却时不会析出，而是形成一种过冷的液体或过冷的油。即使温度充分降低，这种油将会固化，而不成结晶，呈无定型的固体或硬化物而得不到纯化。在实验中遇到油状物是极难打交道的，必须试图更换溶剂，再溶解，得到结晶。,（2）溶剂选择方法 A通常人们将少许待纯化样品用多种溶剂进行实验，借以选出一个供结晶所用的合适的溶剂。一般在试管规模进行实验即可。进行样品
15、纯化前，进行这种尝试是必要的，以免溶剂的浪费和操作的麻烦. 具体操作： 如将0.1g的粉末状试样置于小试管内，用滴管逐滴加入溶剂同时不断振摇试管，加入的溶剂约1ml， 如已全部溶解，则该溶剂不能入选，因为试样在该溶剂的溶解度太大；若加入1ml溶剂后，试样仍不溶解待加热后才溶解，冷却后有大量结晶析出者，则可选用作为重结晶溶剂；若加入1ml后加热后仍不溶解，后逐渐滴加溶剂，每次0.5ml，直至3ml后，样品仍不溶解者，则不适用，因为溶解度太小；若在3ml内，加热溶解，冷却后有大量结晶析出，可选用。 B对于已知的化合物，可借鉴参考文献选用合适溶剂。 C未知的化合物在选取溶剂时，根据化合物的结构性质，
16、按照“相似相溶” 的原则，按上述尝试法实验之。 若溶质极性很大，必须用极性较大的溶剂溶解。 若溶质为非极性的，则需用非极性溶剂。 溶剂的极性在很大程度上取决于介电常数，可以通过查找与对比介电常数的大小选择适当的溶剂。 D若不能选出单一溶剂进行重结晶，则可应用混合溶剂。,（二）结晶与重结晶操作,1固体溶解 A按照溶剂选择，选用合适溶剂。 B热沸溶剂，尽可能少的加入待纯化样品中，使之大部分溶解（不可加入溶剂后加热溶解，避免化合物分解。也不可溶剂沸腾后加入样品，暴沸危险） *当样品较多，溶剂较多时可安上回流管，以避免溶剂挥发。搅拌下加热，使之溶解。必要时添加少量溶剂，每次加入量一定少。 *若待纯化物质含有不溶或难溶杂质，不要误认为溶剂不够，而加入过多
