现代分离技术课程复习要点

3.分离科学：研究从混合物中分离、纯化或富集某些组分以获得相对纯物质的过程的规律、仪器制造技术及其应用的一门学科。

4.富集：通过分离，使目标组分在某空间区域的浓度增大

5.浓缩：将溶剂部分分离，使溶质浓度提高的过程

6.纯化：通过分离使某种物质的纯度提高的过程。

7.分离科学的作用：1.分离是认识物质世界的必经之路。2.分离是各种分析技术的前提。3.富集(分离)延伸了分析方法的检出限。4.分离科学是其他学科发展的基础。5.分离科学提高了人类的生活品质

8.分离因子：两种物质被分离的程度。

9.回收率：反映的是被分离物在分离过程中损失量的多少。R=Q/Q0

10.分离的实现：利用被分离各组分在两相间分配能力的不同进行分离

12.氢键：氢原子在分子中与电负性较大的原子X形成共价键时，还可以吸引另一个电负性较大、且含有孤对电子的原子Y，形成较弱化学结合。氢键的本质仍然是静电相互作用

13.“相似相溶”规律的局限性在很多情况下是正确的，但例外也很多。

例：(1) 酸性物质易溶于碱性物质：18羧酸与乙酸的互溶性不如18羧酸与胺（或吡啶）(2) 电子给予体易溶于电子接受体(3) 质子接受体易溶于质子给予体(4) 聚乙二醇不易溶于乙二醇中

14.溶解度参数的特点：溶解度参数与溶剂极性参数p是相互关联的，它反映了溶剂极性的大小；两种溶剂的相同时，互溶性最好；相差越大，互溶性越差；可用于溶剂萃取、色谱以及许多分离方法中溶质或溶剂极性大小的估算，分离过程中溶剂的选择；包括了色散力、偶极力、质子接受性或给予性的贡献。 

15.分离过程中溶剂选择的一般方法：第一步：选择与溶质极性相等的溶剂，要使溶质在溶剂中溶解度达到最大，首先要使溶质和溶剂的极性相等。第二步：调整溶剂的选择性，在维持极性相等的前提下，更换溶剂种类，使分离选择性达到最佳。

17.溶剂萃取：利用不同物质在互不相溶的两相间的分配系数的差异，使目标物质与基体物质相互分离的方法。

18.分配比定义为某种物质在两相之间各形态总浓度的比值。

分配比不一定是常数，随实验条件（pH，萃取剂，溶剂，盐析剂等）而变化。 当溶质在两相中只有一种形态时，D＝KD

19.萃取率：表示在一定条件下被萃取溶质进入有机相的量

20.相比：有机相与水相的体积之比Vorg/Vaq

21.协同萃取作用：混合萃取剂同时萃取某一物质时，其分配比显著大于相同浓度下各单一萃取剂分配比之和，则称这一萃取体系具有协同萃取效应。即：有协同效应：D协同D加和D加和＝D1＋D2；无协同效应：D协同D加和；反协同效应：D协同D加和；协萃系数R：R=D协同/D加和

22.协同萃取机理：生成了更稳定的含有两种以上配位体的可萃物；生成的配合物疏水性更强，更易进入有机相中。

23.影响溶剂萃取的因素：(1)萃取剂浓度的影响：自由（游离）萃取剂浓度增加，分配系数上升；自由萃取剂浓度指有机相中未参与形成萃合物的萃取剂浓度；浓度高到一定程度后会出现活度系数降低的趋势。(2)酸度的影响：不同萃取体系中酸度的影响不同；在中性配合萃取体系中，酸度直接影响与金属形成中性盐的阴离子的浓度；阳离子交换萃取体系中H＋直接和金属离子竞争萃取剂。(3)金属离子浓度的影响：金属离子浓度较低的情况下，对萃取几乎无影响，但当金属离子浓度很高时，会导致有机相中游离萃取剂浓度降低，从而降低分配系数。(4)盐析剂的影响：盐析现象：在萃取中，向水相中加入另一种无机盐使得金属分配系数上升的现象。所加无机盐称盐析剂；盐析剂往往含有与被萃物相同的阴离子，加入盐析剂将产生同离子效应，使分配系数上升；由于盐析剂的水合作用，使得水相中的一部分水成了它们的水合水，从而降低了自由水的浓度。同时也就提高了金属离子的活度，使分配系数提高。(5)温度的影响：主要看萃取反应是吸热还是放热反应；放热反应：温度升高，K下降；吸热反应：温度升高，K升。(6) 样品溶液中杂质离子的影响：水相中存在的能与金属离子配合的阴离子会抑制（减弱）萃取配合物的生成。(7)萃取剂的影响：萃取剂的结构和性质直接影响其与金属离子的配位。(8)稀释剂的影响：稀释剂：加入有机相中起溶解萃取剂、减小有机相粘度、抑制乳化等作用的惰性溶剂；稀释剂影响萃取剂的聚合；稀释剂可能与萃取剂形成氢键。

24.加速溶剂萃取的加速途径及效果：途径：加温、加压。增加温度的效果：增加分析物的溶解度；如：蒽在150°C的氯甲烷中的溶解度是50°C时的15倍；有利于克服基体效应，加快解析动力学过程；降低溶剂粘度，加速溶剂分子向基体中扩散。升高的压力的效果：使溶剂 在高温下仍保持液态；可保证易挥发性物质不挥发；在压力下可快速充满萃取池

25.胶团（胶束、胶体）萃取：被萃取物以胶体或胶团形式被萃取。

26.影响反胶团萃取的主要因素：（1）表面活性剂：表面活性剂多采用AOT（琥珀酸二(2-乙基己基)酯磺酸钠） 阴离子表面活性剂；（2）水相pH值对胶团萃取的影响：蛋白质为两性分子，各种蛋白质有确定的等电点(pI)，当pHpI时，蛋白质分子和表面活性剂内表面都荷负电，相互排斥，蛋白质难溶于胶团中；pH过低时，蛋白质会变质，溶解度也降低；（3）离子强度：离子强度增加，减小了蛋白质的表面电荷与微胶团内表面电荷的相互作用，从而降低蛋白质在胶团中的溶解度。

27.双水相的形成：双水相：将两种聚合物水溶液混合时，当聚合物浓度达到一定值，体系会自然分成互不相溶的两相。形成原因：由于不同高聚物的不相溶性，即高聚物分子的空间阻碍作用，相互无法渗透，不能形成均一相，从而具有分离倾向，在一定条件下即可分为两相。一般认为只要两种聚合物水溶液的憎水程度有差异，混合时才可发生相分离，且憎水程度相差越大，相分离倾向越大。

28.超临界流体萃取及影响因素：用超临界流体作为溶剂，用来有选择性地溶解液体或固体混合物中溶质的分离技术称为超临界流体萃取。影响因素：1.压力2.温度3.超临界流体物质与被萃取物质的极性4.提携剂5.超临界流体的流量6.原料颗粒的粒度7.提取时间

29.分配系数：在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的浓度比，称为分配系数，用K 表示，即：K=cs/cm

30.分配比：在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的质量比：k=ns/nm

31.塔板理论(半经验理论):将色谱分离过程比拟作蒸馏过程，将连续的色谱分离过程分割成多次的平衡过程的重复

32.速率理论-影响柱效的因素:速率方程（也称范.弟姆特方程式）H = A + B/u + C·u (H：理论塔板高度，u：载气的线速度(cm/s)) 减小A、B、C三项可提高柱效；存在着最佳流速；

A─涡流扩散项，A = 2λdp （dp：固定相的平均颗粒直径；λ：固定相的填充不均匀因子）

固定相颗粒越小dp↓，填充的越均匀，A↓，H↓，柱效n↑。表现在涡流扩散所引起的色谱峰变宽现象减轻，色谱峰较窄。B/u —分子扩散项B = 2 νDg（ν ：弯曲因子，填充柱色谱，ν<1；Dg：试样组分分子在气相中的扩散系数（cm2·s-1））(1) 存在着浓度差，产生纵向扩散;(2) 扩散导致色谱峰变宽，H↑(n↓)，分离变差;(3) 分子扩散项与流速有关，流速↓，滞留时间↑，扩散↑;(4) 扩散系数：Dg ∝(M载气)-1/2 ； M载气↑，B值↓。

C ·u —传质阻力项，传质阻力包括气相传质阻力Cg和液相传质阻力CL即：C =（Cg + CL）

减小担体粒度，选择小分子量的气体作载气，可降低传质阻力。

33.速率理论的要点: (1)组分分子在柱内运行的多路径与涡流扩散、浓度梯度所造成的分子扩散及传质阻力使气液两相间的分配平衡不能瞬间达到等因素是造成色谱峰扩展柱效下降的主要原因。(2)通过选择适当的固定相粒度、载气种类、液膜厚度及载气流速可提高柱效。

(3)速率理论为色谱分离和操作条件选择提供了理论指导。阐明了流速和柱温对柱效及分离的影响。(4) 各种因素相互制约，如载气流速增大，分子扩散项的影响减小，使柱效提高，但同时传质阻力项的影响增大，又使柱效下降；柱温升高，有利于传质，但又加剧了分子扩散的影响，选择最佳条件，才能使柱效达到最高。

36.分离度：是定量描述相邻两组分在色谱柱内分离情况的指标。① 柱效较高，△K(分配系数)较大,完全分离；② △K不是很大，柱效较高，峰较窄，基本上完全分离；③柱效较低，△K较大,但分离的不好；④ △K小，柱效低，分离效果更差。

37.电泳分离法：在电解质溶液中，位于电场中的带电离子在电场力的作用下，以不同的速度向其所带电荷相反的电极方向迁移的现象，称之为电泳。由于不同离子所带电荷及性质的不同，迁移速率不同可实现分离。

38.色谱分离的优缺点：优点：分离效率高，分析速度快，检验灵敏度高，样品用量少，选择性好，多组分同时分析，易于自动化。

缺点：定性能力较差。

39.毛细管电泳（CE）又称高效毛细管电泳（HPCE）：是将细径毛细管用于电泳而产生的一种新型分离分析技术。CE是指离子或带电粒子以毛细管为分离室，以高压直流电场为驱动力，依据样品中各组分之间淌度和分配行为上的差异而实现分离的液相分离分析技术。优点（三高二少）分离效率高、分辨率高、灵敏度高、所需样品少、消耗少

40.膜分离： 以选择性透过膜为分离介质。当膜两侧存在某种推动力（如压力差、浓度差、电位差等）时，料液组分选择性地透过膜，以达到分离、提纯目的。

41.膜分离的优缺点：优点：（1）无相变发生，能耗低；（2）一般无需从外界加入其他物质，节约资源，保护环境；（3）可以实现分离与浓缩、分离与反应同时进行，从而大大提高效率；（4）常温常压下进行，特别适用于热敏性物质的分离、浓缩；（5）不仅适用于从病毒、细菌到微粒广泛范围的有机物或无机物的分离，而且还适用于特殊溶液体系的分离如共沸物的分离；（6）膜组件简单，可实现连续操作，易控制、易放大。不足：膜强度较差，使用寿命不长，易于污染

42. 电渗析和离子交换相比，有以下异同点：（1）分离离子的工作介质虽均为离子交换树脂，但前者是呈片状的薄膜，后者则为圆球形的颗粒；（2）从作用机理来说，离子交换属于离子转移置换，离子交换树脂在过程中发生离子交换反应。而电渗析属于离子截留置换，离子交换膜在过程中起离子选择透过和截阻作用。所以更精确地说，应该把离子交换膜称为离子选择性透过膜；（3）电渗析的工作介质不需要再生，但消耗电能；而离子交换的工作介质必须再生，但不消耗电能。电渗析法处理废水的特点是；不需要消耗化学药品，设备简单，操作方便。

43.超滤、纳滤、反渗透、微滤之间的区别：1、超滤(UF)：过滤精度在0.001-0.1微米，是一种利用压差的膜法分离技术，可滤除水中的铁锈、泥沙、悬浮物、胶体、细菌、大分子有机物等有害物质，并能保留对人体有益的一些矿物质元素。超滤工艺中水的回收率高达95%以上，并且可方便的实现冲洗与反冲洗，不易堵塞，使用寿命相对较长。超滤不需要加电加压，仅依靠自来水压力就可进行过滤，流量大，使用成本低廉，较适合家庭饮用水的全面净化。因此未来生活饮用水的净化将以超滤技术为主，并结合其他的过滤材料，以达到较宽的处理范围，更全面地消除水中的污染物质。2、纳滤(NF)：过滤精度介于超滤和反渗透之间，脱盐率比反渗透低，也是一种需要加电、加压的膜法分离技术，水的回收率较低。也就是说用纳滤膜制水的过程中，一定会浪费将近30%的自来水。3、反渗透(RO)：

过滤精度为0.0001微米左右，可滤除水中的几乎一切的杂质（包括有害的和有益的），只能允许水分子通过。也就是说用反渗膜制水的过程中，一定会浪费将近50%以上的自来水。一般用于纯净水、工业超纯水、医药超纯水的制造。反渗透技术需要加压、加电，流量小，水的利用率低，不适合大量生活饮用水的净化。4、微滤（MF）：过滤精度一般在0.1-50微米，常见的各种PP滤芯，活性碳滤芯，陶瓷滤芯等都属于微滤范畴，用于简单的粗过滤，过滤水中的泥沙、铁锈等大颗粒杂质，但不能去除水中的细菌等有害物质。滤芯通常不能清洗，为一次性过滤材料，需要经常更换。

44.调整保留值：调整保留时间(t′)：某组分由于溶解（或被吸附）于固定相，比不溶解（或不被吸附）的组分在柱中多停留的时间称为调整保留时间。

45.膜分离的应用：1、微滤：鉴于微孔滤膜的分离特征，微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到净化、分离、浓缩的目的。具体涉及领域主要有：医药工业、食品工业（明胶、葡萄酒、白酒、果汁、牛奶等）、高纯水、城市污水、工业废水、饮用水、生物技术、生物发酵等。2、超滤：早期的工业超滤应用于废水和污水处理。三十多年来，随着超滤技术的发展，如今超滤技术已经涉及食品加工、饮料工业、医药工业、生物制剂、中药制剂、临床医学、印染废水、食品工业废水处理、资源回收、环境工程等众多领域。3、纳滤：纳滤的主要应用领域涉及：食品工业、植物深加工、饮料工业、农产品深加工、生物医药、生物发酵、精细化工、环保工业等。4、反渗透：由于反渗透分离技术的先进、高效和节能的特点，在国民经济各个部门都得到了广泛的应用，主要应用于水处理和热敏感性物质的浓缩，主要应用领域包括以下：食品工业、牛奶工业、饮料工业、植物（农产品）深加工、生物医药、生物发酵、制备饮用水、纯水、超纯水、海水、苦咸水淡化、电力、电子、半导体工业用水、医药行业工艺用水、制剂用水、注射用水、无菌无热源纯水、食品饮料工业、化工及其它工业的工艺用水、锅炉用水、洗涤用水及冷却用水。

46.分子蒸馏技术原理：基于不同物质分子运动的平均自由程的差异。

47.分子蒸馏的优点：1、蒸馏压力低。为了获得足够大的分子运动平均自由程，必须降低蒸馏压力。分子蒸馏装置内部可获得0.1-100Pa的高真空度。常规真空蒸馏装置由于其内部结构上的制约，其真空度只能达到5kPa左右；2、物质受热时间短。分子蒸馏装置中加热面与冷凝面的间距很小，由液面逸出的轻分子几乎不发生碰撞即到达冷凝面，所以受热时间很短（秒级）。常规真空蒸馏为分级；3、操作温度低。因为物质分子只要离开液面，即可实现分离，不需将溶液加热至沸腾；4、分离度高。常用来分离常规蒸馏难以分离的混合物。 

48.相平衡：相平衡（phase equilibrium） 在一定的条件下，当一个多相系统中各相的性质和数量均不随时间变化时，称此系统处于相平衡。此时从宏观上看，没有物质由一相向另一相的净迁移，但从微观上看，不同相间分子转移并未停止，只是两个方向的迁移速率相同而已。

49.分配平衡：在恒温恒压条件下，溶质在互不相溶的两相中达到分配平衡时，如果其在两相中的相对分子质量相等，则其在两相中的平衡浓度之比为常数，即A=c2/c1为常数，A称为分配常数,上式是分配常数的定义。

51.泡沫吸附分离原理：是利用待分离物质本身具有表面活性(如表面活性剂)或能与表面活性剂通过化学的、物理的力结合在一起(如金属离子、有机化合物、蛋白质和酶等)，在鼓泡塔中被吸附在气泡表面，得以富集，藉气泡上升带出溶剂主体，达到净化主体液、浓缩待分离物质的目的。其分离作用主要取决于组分在气－液界面上吸附的选择性和程度。其本质是各种物质在溶液中表面活性的差异。

53.影响泡沫分离的因素：A．待分离物质的种类 ，不同的溶质都具有表面活性，互相

争夺气泡表面积。B．溶液的pH值  溶液的pH值对分离效果有很大的影响。C .表面活性剂浓度  表面活性剂的浓度不宜超过临界胶束浓度，但也不能太低，使泡沫层不稳定，太高则使分离效率下降。D．温度  首先温度应达到表面活性剂的起泡温度，保持泡沫的稳定性，其次根据吸附平衡的类型来选择温度的高低。E．气流速度F．离子强度。此外，泡沫的性质、层高、排沫方式、搅拌等也是影响泡沫分离的因素

54.泡沫分离法的优点：1. 能耗低(可以在常温和低温下进行分离)2. 设备简单、可以连续进行。3. 投资小等优点。与其它分离方法相比，泡沫分离适于回收微量组分，可以将微摩尔浓度的贵金属和稀有金属离子分离出来。

泡沫分离法的缺点：泡沫分离法存在去除水中悬浮物的同时，也把水中有益的痕量元素一并去除。目前泡沫分离法的主要问题是对泡沫本身的研究结果少，泡沫的许多性质仍不清楚，实验结果的适合范围还局限在特定体系。

1.分离:利用混合物中各组分在物理或化学性质上的差异，通过适当的装置或方法，使各组分配至不同的空间区域或者在不同的时间依次分配至同一空间区域的过程

2.分离科学：研究从混合物中分离、纯化或富集某些组分以获得相对纯物质的过程的规律、仪器制造技术及其应用的一门学科。

3.分离因子：两种物质被分离的程度

4.回收率：反映的是被分离物在分离过程中损失量的多少。R=Q/Q0

5.氢键：氢原子在分子中与电负性较大的原子X形成共价键时，还可以吸引另一个电负性较大、且含有孤对电子的原子Y，形成较弱化学结合。氢键的本质仍然是静电相互作用

6.萃取率：表示在一定条件下被萃取溶质进入有机相的量

7.相比：有机相与水相的体积之比Vorg/Vaq

8.分配比定义为某种物质在两相之间各形态总浓度的比值

9.协同萃取作用：混合萃取剂同时萃取某一物质时，其分配比显著大于相同浓度下各单一萃取剂分配比之和，则称这一萃取体系具有协同萃取效应。即：有协同效应：D协同D加和D加和＝D1＋D2；无协同效应：D协同D加和；反协同效应：D协同D加和；协萃系数R：R=D协同/D加和

10.协同萃取机理：生成了更稳定的含有两种以上配位体的可萃物；生成的配合物疏水性更强，更易进入有机相中。

12.分配系数：在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的浓度比，称为分配系数，用K 表示，即：K=cs/cm

13.分配比：在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的质量比：k=ns/nm

14.电泳分离法：在电解质溶液中，位于电场中的带电离子在电场力的作用下，以不同的速度向其所带电荷相反的电极方向迁移的现象，称之为电泳。由于不同离子所带电荷及性质的不同，迁移速率不同可实现分离。

15.毛细管电泳（CE）又称高效毛细管电泳（HPCE）：是将细径毛细管用于电泳而产生的一种新型分离分析技术。CE是指离子或带电粒子以毛细管为分离室，以高压直流电场为驱动力，依据样品中各组分之间淌度和分配行为上的差异而实现分离的液相分离分析技术。优点（三高二少）分离效率高、分辨率高、灵敏度高、所需样品少、消耗少

16.膜分离： 以选择性透过膜为分离介质。当膜两侧存在某种推动力（如压力差、浓度差、电位差等）时，料液组分选择性地透过膜，以达到分离、提纯目的。

17.膜分离的优缺点：优点：（1）无相变发生，能耗低；（2）一般无需从外界加入其他物质，节约资源，保护环境；（3）可以实现分离与浓缩、分离与反应同时进行，从而大大提高效率；（4）常温常压下进行，特别适用于热敏性物质的分离、浓缩；（5）不仅适用于从病毒、细菌到微粒广泛范围的有机物或无机物的分离，而且还适用于特殊溶液体系的分离如共沸物的分离；（6）膜组件简单，可实现连续操作，易控制、易放大。不足：膜强度较差，使用寿命不长，易于污染

超滤、纳滤、反渗透、微滤之间的区别：1、超滤(UF)：过滤精度在0.001-0.1微米，是一种利用压差的膜法分离技术，可滤除水中的铁锈、泥沙、悬浮物、胶体、细菌、大分子有机物等有害物质，并能保留对人体有益的一些矿物质元素。超滤工艺中水的回收率高达95%以上，并且可方便的实现冲洗与反冲洗，不易堵塞，使用寿命相对较长。超滤不需要加电加压，仅依靠自来水压力就可进行过滤，流量大，使用成本低廉，较适合家庭饮用水的全面净化。因此未来生活饮用水的净化将以超滤技术为主，并结合其他的过滤材料，以达到较宽的处理范围，更全面地消除水中的污染物质。2、纳滤(NF)：过滤精度介于超滤和反渗透之间，脱盐率比反渗透低，也是一种需要加电、加压的膜法分离技术，水的回收率较低。也就是说用纳滤膜制水的过程中，一定会浪费将近30%的自来水。3、反渗透(RO)：

过滤精度为0.0001微米左右，可滤除水中的几乎一切的杂质（包括有害的和有益的），只能允许水分子通过。也就是说用反渗膜制水的过程中，一定会浪费将近50%以上的自来水。一般用于纯净水、工业超纯水、医药超纯水的制造。反渗透技术需要加压、加电，流量小，水的利用率低，不适合大量生活饮用水的净化。4、微滤（MF）：过滤精度一般在0.1-50微米，常见的各种PP滤芯，活性碳滤芯，陶瓷滤芯等都属于微滤范畴，用于简单的粗过滤，过滤水中的泥沙、铁锈等大颗粒杂质，但不能去除水中的细菌等有害物质。滤芯通常不能清洗，为一次性过滤材料，需要经常更换。

影响溶剂萃取的因素：(1)萃取剂浓度的影响：自由（游离）萃取剂浓度增加，分配系数上升；自由萃取剂浓度指有机相中未参与形成萃合物的萃取剂浓度；浓度高到一定程度后会出现活度系数降低的趋势。(2)酸度的影响：不同萃取体系中酸度的影响不同；在中性配合萃取体系中，酸度直接影响与金属形成中性盐的阴离子的浓度；阳离子交换萃取体系中H＋直接和金属离子竞争萃取剂。(3)金属离子浓度的影响：金属离子浓度较低的情况下，对萃取几乎无影响，但当金属离子浓度很高时，会导致有机相中游离萃取剂浓度降低，从而降低分配系数。(4)盐析剂的影响：盐析现象：在萃取中，向水相中加入另一种无机盐使得金属分配系数上升的现象。所加无机盐称盐析剂；盐析剂往往含有与被萃物相同的阴离子，加入盐析剂将产生同离子效应，使分配系数上升；由于盐析剂的水合作用，使得水相中的一部分水成了它们的水合水，从而降低了自由水的浓度。同时也就提高了金属离子的活度，使分配系数提高。(5)温度的影响：主要看萃取反应是吸热还是放热反应；放热反应：温度升高，K下降；吸热反应：温度升高，K升。(6) 样品溶液中杂质离子的影响：水相中存在的能与金属离子配合的阴离子会抑制（减弱）萃取配合物的生成。(7)萃取剂的影响：萃取剂的结构和性质直接影响其与金属离子的配位。(8)稀释剂的影响：稀释剂：加入有机相中起溶解萃取剂、减小有机相粘度、抑制乳化等作用的惰性溶剂；稀释剂影响萃取剂的聚合；稀释剂可能与萃取剂形成氢键。