2.5　分離操作技術

最常用的分離提純方法有過濾、沉淀、結晶及重結晶、蒸餾、萃取、升華、色譜等。

2.5.1　離心分離

2.5.1.1　離心分離操作

離心分離主要用于半微量樣品的沉淀分離。將溶液放入離心試管（見表2-2）中，加入沉淀劑，每加一滴都要混合均勻，沉淀完全后，放入離心機（見圖2-6）中，使沉淀離心沉降，取出離心管，在上層清液中滴加一滴沉淀劑，如沒有渾濁，則說明沉淀已經完全。如需檢查溶液的pH值，應將剪成小塊的試紙放在白瓷板或表面皿上，用玻璃棒蘸少量溶液滴在試紙上，觀察顏色，確定pH值。

沉淀在離心機上離心沉降后，沉降于離心管的尖端，上層清液可用滴管吸出，即先擠壓滴管上端的橡皮乳頭，排出空氣，把離心管傾斜，將滴管尖端伸入液面下，且不可觸及沉淀；慢慢放松橡皮乳頭，溶液則被吸入滴管。

2.5.1.2　離心機的使用

（1）離心機管套底部應墊上柔軟物質，如棉花、橡皮墊等，以防旋轉時離心管被碰破。

（2）離心管放入離心機套管時，管口應稍高出管套，離心管應對稱放入，如果只有一只離心管溶液需離心，則應取一支裝入等量水的離心管放在其對稱位置，以保持離心機平衡，避免轉動時震動，損壞離心機。

（3）放好離心試管后，蓋好蓋子。啟動離心機時，應由最低擋、慢速開始，待運轉平穩后再開到快速。

（4）轉速與轉動時間由被分離物質的性質所決定。晶形沉淀以轉速為1000r·min-1，離心1～2min為宜；非晶形沉淀沉降較慢，轉速可提至2000r·min-1，離心3～4min為宜。

（5）關機后，應待離心機自動停止，不能用手阻止其旋轉。不得用手指插入離心管中拔取離心管，應捏住離心管口邊緣將其取出或用鑷子夾取。

2.5.2　過濾分離

過濾是分離固液混合樣品的常用方法。當溶液和結晶（沉淀）的混合物通過過濾器（如濾紙）時，結晶（沉淀）就留在過濾器上，溶液則通過過濾器而漏入接受的容器中。可根據需要選擇取舍。溶液的黏度、溫度、過濾時的壓力、過濾器孔隙的大小和沉淀狀態都會影響過濾的速度。如溶液的黏度越大，過濾越慢。熱溶液比冷溶液容易過濾等等。過濾時要全面考慮各種因素來選用不同的過濾方法。常見的過濾方法有三種：常壓過濾、減壓過濾和熱過濾。

2.5.2.1　常壓過濾

常壓過濾是最為常見和簡單的分離方法，其重力是唯一引起液體通過過濾器的動力。所用儀器主要是過濾器（漏斗和濾紙組成）和漏斗架（也可用帶有鐵圈的鐵架臺代替）。如用濾紙過濾，則濾前應按固體物料的多少選擇合適的漏斗，并由漏斗的大小選用濾紙的大小（濾紙的邊緣比漏斗邊緣低0.5～1cm）。圓形濾紙兩次對折，撥開一層即折成圓錐形，放于漏斗中。為保證濾紙與漏斗密合，第二次對折時不要折死，先把圓錐形濾紙撥開，放入潔凈且干燥的漏斗，如果上邊緣不十分密合，可以稍稍改變濾紙折疊的角度，直到與漏斗密合為止。用手輕按濾紙，將第二次的折邊折死，所得圓錐體的半邊為三層，另半邊為一層，如圖2-7所示。

為了使濾紙和漏斗內壁緊貼而無氣泡，可將濾紙圓錐形三層那邊的外兩層撕去一小角（若是通過灼燒沉淀后稱量的定量分析，則撕去一小角用于最后擦拭燒杯內壁可能附著的沉淀后，與沉淀一并放入坩堝中進行灼燒），然后用食指把濾紙按在漏斗內壁上，用少量蒸餾水潤濕濾紙，再用玻璃棒輕壓濾紙四周，趕去濾紙與漏斗壁間的氣泡，使濾紙緊貼在漏斗壁上，而下部與漏斗內壁形成隙縫。然后，用洗瓶加水至濾紙邊緣，這時空隙與漏斗頸內應全部被水充滿，當漏斗中的水全部流盡后，頸內水柱仍能保留且無氣泡。

過濾時漏斗要放在漏斗架上，并調整好高度，使漏斗末端緊靠在接收器內壁。先采用傾注法，即燒杯中的沉淀下降以后，將上面清液沿玻璃棒先傾入漏斗中，以免沉淀堵塞濾紙上的空隙，影響過濾速度。暫停傾注溶液時，燒杯應沿玻璃棒使其嘴向上提起，漸使燒杯直立，以免使燒杯嘴上的液滴流失，如圖2-8所示。

傾注法將清液完全轉移后，應對沉淀作初步洗滌。洗滌時，用洗瓶每次約10mL洗滌液吹洗燒杯四壁，使黏附的沉淀集中在燒杯底部，每次的洗滌液同樣用傾注法過濾。如此洗滌3～4次，再用少量洗滌液與沉淀混合均勻，用玻璃棒將其一并移至漏斗中。最后按圖2-9所示方法，將燒杯壁附著沉淀吹洗至燒杯中。

傾倒溶液時，應使玻璃棒下端靠近三層濾紙處，漏斗中的液面高度應略低于濾紙邊緣。

沉淀全部轉移到濾紙上后，應對它進行洗滌，以除去沉淀表面所吸附的雜質和殘留的母液。其方法如圖2-10所示。洗瓶的水流從濾紙的多重邊緣開始，螺旋形地往下移動，最后到多重部分停止，這樣可使沉淀洗得干凈且可將沉淀集中到濾紙底部。為了提高洗滌效率，應按“少量多次”的原則洗滌。通過檢驗最后流出濾液中的離子，判斷沉淀是否洗滌干凈。

2.5.2.2　減壓過濾

減壓過濾（或稱抽濾）可加快濾速，使結晶和溶液快速分離。其裝置如圖2-11所示。水泵借助水流作用帶走裝置內的空氣，致使吸濾瓶減壓，布氏（或玻璃砂芯）漏斗液面上下方產生壓力差，從而加快了過濾速度。安全瓶可防止自來水倒吸至吸濾瓶內，如果濾液有用，則會被污染。

布氏漏斗通過橡皮塞與吸濾瓶相連接，橡皮塞與瓶口間必須緊密不漏氣。吸濾瓶的側管用橡皮管與安全瓶相連，安全瓶與水泵的側管相連。停止抽濾或需用溶劑洗滌沉淀時，先將吸濾瓶側管上的橡皮管拔開與大氣相通，再關閉水泵，以免水倒流入吸濾瓶內。布氏漏斗的下端斜口應正對吸濾瓶的側管。濾紙要比布氏漏斗內徑略小，但必須全部覆蓋漏斗的小孔；濾紙也不能太大，否則邊緣會貼到漏斗壁上，使部分溶液不經過濾，沿壁直接漏入吸濾瓶中。抽濾前用同一溶劑將濾紙潤濕后抽濾，使其緊貼于漏斗的底部，然后再向漏斗內轉移溶液。轉移溶液時，沉淀與溶液沿著玻璃棒倒入漏斗中，玻璃棒下端對著下面無小孔的濾紙處。抽濾時，漏斗中的溶液不要超過漏斗容量的2/3。

熱溶液和冷溶液的過濾都可選用減壓過濾。若為熱過濾，則過濾前應將布氏漏斗放入烘箱（或用電吹風）預熱，抽濾前用同一熱溶劑潤濕濾紙。

析出晶體與母液的分離，常用布氏漏斗進行減壓過濾操作。為了更好地將晶體與母液分開，最好用清潔的玻璃塞將晶體在布氏漏斗上擠壓、抽氣，以盡量除去母液。結晶表面殘留的母液，可用很少量的溶劑洗滌，這時抽氣應暫時停止。把少量溶劑均勻地灑在布氏漏斗內的濾餅上，使全部結晶剛好被溶劑覆蓋為宜。用玻璃棒或不銹鋼刮刀攪松晶體（勿把濾紙捅破），使晶體潤濕。稍候片刻，再抽氣把溶劑抽干。如此重復兩次，就可把濾餅洗滌干凈。從漏斗上取出結晶時，為了不使濾紙纖維附于晶體上，常與濾紙一起取出，待干燥后，用刮刀輕敲濾紙，結晶即全部下來。

過濾少量的晶體，可用玻璃釘漏斗或小型多孔板漏斗，以吸濾管代替吸濾瓶，如圖2-12所示。對玻璃釘漏斗，濾紙應較玻璃釘的直徑稍大；對多孔板漏斗，濾紙應以恰好蓋住小孔為宜。濾紙先用溶劑潤濕，再用玻璃棒或刮刀擠壓使濾紙的邊沿緊貼于漏斗上，然后進行過濾。

注意，減壓過濾不宜過濾膠狀沉淀和顆粒太小的沉淀。因為膠狀沉淀在快速過濾時易透過濾紙；顆粒太小的沉淀易在濾紙上形成一層密實的沉淀，濾液不易透過。

2.5.2.3　熱過濾

如果溶液的溶質在溫度降低時易結晶析出，而我們不希望它在過濾過程中留在濾紙上，這時需用熱過濾方式處理。

熱過濾是用保溫漏斗，見圖2-13（a）。保溫漏斗是金屬套內安裝一個長頸玻璃漏斗而形成的可減少散熱的夾套式漏斗。漏斗套的夾層中裝有熱水，必要時還可用燈具加熱（如溶劑易燃，過濾前務必將火熄滅）。漏斗中放入多折折疊濾紙1，其向外的棱邊應緊貼于漏斗壁上。使用前先用少量熱溶劑潤濕濾紙，以免干燥的濾紙吸附溶劑使溶液濃縮而析出晶體，把熱溶液分批倒入漏斗中。不要倒得太滿，也不要等濾完再倒，未倒的溶液和保溫漏斗用小火加熱，保持微沸。熱過濾時一般不要用玻璃棒引流，以免加速降溫；接收濾液的容器內壁不要貼緊漏斗頸，以免濾液迅速冷卻析出晶體，晶體沿器壁向上堆積，堵塞漏斗口，使之無法過濾。

若操作順利，只會有少量結晶在濾紙上析出，可用少量熱溶劑洗下。若結晶較多，可將濾紙取出，用刮刀刮回原來的瓶中，重新進行熱過濾。濾畢，將溶液加蓋放置，自然冷卻。若只有少量熱溶液過濾，可選用一頸短而粗的玻璃漏斗放在烘箱中預熱后使用。裝置見圖2-13（b）。進行熱過濾操作要求準備充分，動作迅速。

2.5.3　沉淀分離

沉淀分離法是根據物質溶解度的不同，在溶液中加入適當的沉淀劑，借助形成沉淀，經過濾分離而將混合物分離、達到提純的一種方法。

2.5.4　結晶和重結晶分離

從溶液中析出晶體的過程稱為結晶。結晶時，溶液濃度必須是過飽和。重結晶是將晶體溶解進行再次結晶的過程。

重結晶是用來純化在室溫下是固體化合物的一種常用方法。利用固體化合物在溶劑中的溶解度隨溫度而改變的性質（一般溫度升高溶解度增加，反之則溶解度降低）把固體化合物在較高溫度下溶于適當溶劑中制成飽和溶液，在較低溫度下就會有結晶析出。然后利用溶劑對被提純物質和雜質的溶解度的不同，使雜質在熱過濾時被濾除或冷卻后留在母液中與結晶分離，從而達到提純的目的。

重結晶適用于提純雜質含量在5%以下的固體化合物。雜質含量多的話，常需先用其它方法如水蒸氣蒸餾、萃取等手段先將粗產品初步純化，然后再用重結晶法提純。

有關重結晶的原理、溶劑的選擇及操作見本書實驗二十的重結晶和過濾。

2.5.5　蒸餾、分餾分離

2.5.5.1　普通蒸餾

蒸餾是加熱物質至沸騰，使之汽化，再冷凝蒸氣，并于另一容器中收集冷凝液的操作過程。它是分離和提純液態有機化合物最常用的方法之一。應用這一方法不僅可以把揮發性物質與不揮發性物質分離，還可以把沸點不同的液體混合物分離。由于純液態化合物在一定壓力下具有固定的沸點，所以蒸餾法還可以用于測定物質的沸點，檢驗物質的純度。

有關普通蒸餾原理、裝置及操作見實驗十八蒸餾操作和沸點的測定。

由于某些物質能形成共沸混合物，因此，具有固定沸點的物質不一定都是純物質，幾種常見共沸物見表2-6。

普通蒸餾僅在混合液體沸點有顯著不同（至少30℃以上）時，才能實現有效分離。當一個二元或三元互溶的混合溶液各組分的沸點差別不大，而又希望得到較好的分離效果時，就必須進行分餾。

2.5.5.2　分餾

當液體混合物中各組分沸點相差足夠大時，可用普通蒸餾法將其分開。若相差不大，普通蒸餾只能得到低沸點組分含量稍高的餾出液，而不能得到滿意的結果，此時，可采用分餾的方法進行處理。

分餾是采用分餾柱達到分離和提純目的的方法。這種技術可以有效地分離沸點差別不大的液體混合物，但不能分離共沸混合物。對于共沸混合物的分離，只有采用其它方法先破壞共沸組分后，再進行蒸餾或分餾，從而達到分離的目的。

（1）基本原理　分餾是利用分餾柱將多次汽化-冷凝過程在一次操作中完成的方法?；旌弦菏軣岱序v后，混合蒸氣沿分餾柱上升，由于柱外空氣的冷卻作用，部分蒸氣被冷凝。冷凝液在下降途中與上升的蒸氣接觸，二者進行熱交換，蒸氣中高沸點組分被冷凝，低沸點組分仍呈蒸氣上升；而冷凝液中低沸點組分受熱汽化，高沸點組分仍呈液態下降。結果，上升蒸氣中低沸點組分含量增多，而下降的冷凝液中高沸點組分增多。如此經過多次氣-液兩相間的熱交換，就相當于連續多次的普通蒸餾過程，以致低沸點組分蒸氣不斷上升而被蒸餾出來，而高沸點組分則不斷流回燒瓶中，從而達到分離的目的。

分餾柱的分餾效率取決于下列幾個因素。

①分餾柱的高度　分餾柱越高，上升蒸氣和冷凝液接觸的機會愈多，效率愈高。但要選擇適當，過高時，餾出液量少，分餾速度慢。

②填充物　在柱中放入填充物可以增大蒸氣和回流液的接觸面積，接觸面積愈大，愈利于分離。填充物的品種和式樣很多，效率各異。填裝時要使填充物之間保留一定空隙，不能過于緊密。填充物若用玻璃管（長約20mm）或玻璃球效率較低；用繞成固定形狀的金屬絲，則效率較高。

③分餾柱的絕熱性能　如果分餾柱的絕熱性能差，即熱量向柱周圍散失過快，則氣液兩相之間的熱平衡受到破壞，分離將不完全。為了提高絕熱性能，通常將柱身上裹上石棉繩、玻璃布等保溫材料。

④蒸餾速度　如果蒸餾速度太快，會破壞氣液兩相之間的平衡，使分離不能完全。

分餾柱的種類很多，一般實驗室常用的簡易分餾柱有韋氏（Vigreux）分餾柱、雙球分餾柱等。

（2）操作步驟　主要包括兩部分。

①儀器裝置　簡單的分餾裝置如圖2-15所示。裝配原則基本上和蒸餾裝置相同。所不同的是在圓底燒瓶和蒸餾頭間加一分餾柱。

②分餾操作　分餾操作方法與蒸餾相似，先將待分餾液體加入燒瓶中，放入2～3粒沸石，然后安裝儀器。緩慢通入冷卻水后，點火加熱。當蒸氣到達柱頂后，調節加熱速度，使蒸餾速度以每2～3s 1滴為宜。收集所需溫度范圍的餾分，并做好記錄。

要達到較好的分餾效果，應注意以下幾點。

a.分餾要緩慢進行，要控制好恒定的蒸餾速度。

b.要選擇合適的回流比。

c.盡量減少分餾柱的熱量散失，保持穩定的熱源。

2.5.5.3　水蒸氣蒸餾

水蒸氣蒸餾的操作是將水蒸氣通入不溶或難溶于水、但有一定蒸氣壓的有機物中，使有機物在低于100℃溫度下，隨著水蒸氣一起蒸餾出來的過程。

水蒸氣蒸餾是用來分離和提純有機物質的重要方法之一。要求被提純的物質不溶或難溶于水，不與水發生化學反應，且在100℃具有一定的揮發性。此法常用于下列情況。

a.含有大量樹脂狀或不揮發性雜質，采用普通蒸餾或萃取等方法都難以分離的混合物。

b.從較多固體反應物中分離出被吸附的液體。

c.某些在常壓下蒸餾可與雜質分離，但其本身易被破壞的高沸點有機物。

d.從某些天然物中提取有效成分。

（1）基本原理　在物質微溶或不溶于水的情況下，通入水蒸氣，則組成該混合物的各組分都具有一定的蒸氣壓。根據道爾頓分壓定律，整個體系的總蒸氣壓p總等于水的蒸氣壓與待蒸餾物質蒸氣壓pA之和。即：

當總蒸氣壓與外界氣壓相等時，混合物沸騰。顯然，混合物的沸點低于其任何一個組分的沸點。因此，常壓下應用水蒸氣蒸餾，能在低于100℃的情況將高沸點組分與H2O一起蒸餾出來。

餾出液中有機物的質量mA與H2O的質量之比，在理論上應等于兩者的分壓pA和與各自的摩爾質量MA和乘積之比。即

式中，可通過手冊查出；pA可近似地以大氣壓p大氣與的差值計算（pA=p大氣-）；p大氣由氣壓計直接讀出。

（2）操作步驟　主要包括兩部分。

①儀器裝置　水蒸氣蒸餾裝置如圖2-16所示，主要由水蒸氣發生器、蒸餾部分、冷凝部分和接收部分組成。

水蒸氣發生器一般用金屬制成，也可用1000mL圓底燒瓶代替。使用時其盛水量不得超過容器的3/4，一孔插入長約1m、內徑約5mm的玻璃管（插入距圓底燒瓶底部1cm處）作為安全管，以調節水蒸氣發生器內部的壓力；另一孔插入內徑約8mm的水蒸氣導出管。導出管與一個T形管相連，T形管的支管套一短橡皮管，并用螺絲夾夾住；T形管的另一端與蒸餾部分的水蒸氣導入管相連（這段水蒸氣導入管應盡可能短些，以減少水蒸氣的冷凝）。

利用T形管可以放掉蒸氣導出管中的冷凝水；在操作中，如果發生不正?，F象，可立即打開螺旋夾，使與大氣相通，排除故障。

水蒸氣導入管要幾乎達到蒸餾瓶底部（距瓶底8～10mm），蒸餾瓶要傾斜45°，以防飛濺起的液體進入餾出液導出管。蒸餾瓶中的液體不得超過容量的1/3。餾出液導出管與冷凝器相連。

②蒸餾操作　加熱水蒸氣發生器前，先打開T形管橡皮管上的螺旋夾。大量水蒸氣產生后，再用螺旋夾夾緊T形管上的橡皮管，讓蒸氣導入蒸餾瓶中，與此同時，接通冷凝水，用錐形瓶收集蒸出物。開始蒸餾后不久就有餾液流出，調節T形管橡皮管上的螺旋夾的松緊程度以及水蒸氣發生器的加熱速度，以使燒瓶內的混合物不至于飛濺得太厲害，控制餾出液的速度為每秒鐘2～3滴。

在蒸餾過程中，要注意：a.由于水蒸氣的冷凝而使蒸餾瓶液體增加時，可將蒸餾瓶隔石棉網用小火加熱；b.為防導入管堵塞或冷凝水過多地進入蒸餾瓶中，還應隨時從T形管處放出冷凝下來的水；c.必須隨時檢查安全管中的水位是否發生不正常的上升現象，有無倒吸現象。一旦有，應立即打開螺旋夾，移去火源，找出發生故障的原因，排除故障后，才能繼續蒸餾。

水蒸氣蒸餾完畢，先打開T形橡皮管上的螺旋夾，然后再停止加熱，以免蒸餾瓶中的液體吸入水蒸氣發生器中。一般是當餾出液非常清澈，水中看不出有油狀物，即為蒸餾完畢的標志。

2.5.5.4　減壓蒸餾

（1）基本原理　液體化合物的沸點是指它的蒸氣壓等于外界大氣壓時的溫度，因此，液體的沸點隨外界壓力的降低而降低。若將容器內液體表面上的壓力降低，即可使液體在較低的溫度下沸騰而被蒸餾出來。

在低于大氣壓下進行蒸餾的操作過程稱為減壓蒸餾。減壓蒸餾是分離和提純液體或低熔點固體有機物的一種主要方法。

許多有機化合物的沸點較高，難以通過蒸餾將其分離、提純，有些有機物在達到其沸點溫度之前就可能發生分解、氧化、聚合或分子重排等變化，故常常需要通過減壓蒸餾的方法進行分離。

一般高沸點（250～300℃）的有機物，當壓力降到2666Pa時，其沸點比常壓（101.325kPa）下低100～125℃。不同壓力下的沸點可查閱有關化合物的壓力-溫度關系曲線圖，也可用經驗曲線進行粗略的估算（見圖2-17）。在常壓沸點、系統壓力及減壓后沸點的三個數據中，只要知道其中任意兩個，便可由圖推測出第三個數據。例如，已知某化合物的常壓沸點為t，系統壓力為p，只需在圖中B線找到t點，在C線找到p點，將兩點連接并延伸，其延長線與A線相交處便是該化合物減壓后的沸點。

（2）操作步驟

①儀器裝置　減壓蒸餾裝置由蒸餾、減壓（抽氣）以及它們之間的保護和測壓裝置三部分組成。

a.蒸餾部分　蒸餾的裝置與普通蒸餾基本相同2，只是為了防止因暴沸或產生泡沫使反應液進入冷凝管而通常采用克氏蒸餾頭（或克氏燒瓶）；為了平穩地蒸餾，避免液體過熱而產生暴沸濺跳現象，可在克氏蒸餾頭正對燒瓶的頸口插入一根末端拉成毛細管的玻璃管，毛細管口要細，距瓶底1～2mm。玻璃管的另一端套上一段橡皮管，用螺旋夾夾住，用于調節進入燒瓶中的空氣量，以防暴沸或產生泡沫，另一方面防止引入大量空氣而達不到減壓蒸餾的目的。在克氏蒸餾頭的側頸口中插入溫度計，監控餾出液溫度。

蒸餾裝置中的接收管一定要帶支管，該支管與抽氣系統相連。在蒸餾中若要收集不同餾分，則可用多頭接收管。蒸餾少量物質或150℃以上的物質時，可用克氏蒸餾頭的支管直接作為冷凝管，即接收管與蒸餾頭的支管直接相連；蒸餾150℃以下的物質時，接收管前應連接水冷凝管（如圖2-18所示）。接收器可用圓底燒瓶、吸濾瓶等耐壓器皿，但不能用錐形瓶。

b.減壓部分　實驗室通常用水泵或油泵減壓。若不需要很低的壓力時可用水泵，如果水泵的構造好且水壓又高時，在室溫下，水泵可以把壓力減低到0.9～3.3kPa。這對一般減壓蒸餾已經足夠了。油泵可以把壓力順利地減低到267～533Pa，好的油泵甚至能抽到13.3Pa。

c.保護及測壓裝置　保護裝置一般包括緩沖用的安全瓶3（簡稱緩沖瓶）、冷卻阱（多用冰-水或冰-鹽等為冷卻劑）和吸收塔等，用于冷凝、吸收水蒸氣和揮發性的有機溶劑，以防止污染泵油、腐蝕油泵機件、降低油泵抽氣時的真空度。用水泵則不用冷卻阱與吸收塔。

實驗室通常采用水銀壓力計來測量減壓系統的壓力。圖2-19（a）為開口式水銀壓力計，兩臂汞柱高度之差即為大氣壓與體系壓力之差，因此蒸餾系統內的實際壓力（真空度）應是大氣壓力減去這一汞柱差。圖2-19（b）為封閉式水銀壓力計，兩臂液面高度之差即為蒸餾系統中的壓力。測定壓力時，可將管后木座上的滑動標尺的零點調整到右臂的汞柱頂端線上，這時左臂的汞柱頂端線所指示的刻度即為系統的壓力。

也有的水泵，如水循環真空泵，可以直接從其上面的儀表上讀出水泵抽的真空度，系統的實際壓力就是大氣壓減去真空度讀數。

②減壓蒸餾操作

a.蒸餾前的壓力檢查　裝置完畢后，在克氏燒瓶中裝入不超過l/2量的蒸餾物質 4。關閉緩沖瓶上旋塞和夾緊毛細管上端的螺旋夾，然后用泵抽氣，觀察能否達到要求的壓力、是否漏氣。若減壓效果不好，應恢復正常壓力后才能修理（即旋開緩沖瓶上的活塞，使內外壓力相等）。反復操作直到裝置無誤為止。

b.蒸餾階段　蒸餾進行時，關閉緩沖瓶旋塞，抽氣減壓，調節螺旋夾，控制毛細管導入的空氣量，從毛細管進入的空氣量一般以冒出一連串氣泡為宜。當達到要求壓力時，便開始用油浴加熱克氏燒瓶5，燒瓶球形部分浸入油浴的體積為2/3左右。用液體石蠟作為油浴加熱，控制蒸餾速度以每秒0.5～1滴為宜。在蒸餾過程中應隨時注意水銀壓力計的讀數，記錄壓力計讀數、液體沸點、油浴溫度、蒸餾速度等數據。

c.蒸餾結束　蒸餾完畢，撤去熱源。擰開橡皮管上的螺旋夾，再慢慢打開安全瓶上的兩通活塞（打開時一定要小心，否則引入空氣太快，水銀柱急劇上升，會損壞壓力計），使儀器裝置與大氣相通；待儀器內的壓力與大氣壓力相等后，再關閉真空泵，以防水泵內的水倒吸入系統內或油泵中的油倒吸入干燥塔內，最后拆卸儀器。

2.5.6　萃取分離

萃取是提取或提純有機物的常用方法之一。萃取的方法隨物質的狀態不同，可分為從溶液中提取（液-液萃?。?、從固體中提出（抽提、液-固萃取）和從混合物中去除雜質等。

2.5.6.1　液-液萃取

利用某物質在兩種互不相溶的溶劑中溶解度的不同，使其從一種溶劑轉移到另一種溶劑而與雜質分離的過程，稱為液-液萃取。

液-液萃取通常在分液漏斗6中進行。操作時應選擇容積較溶液體積大1～2倍的分液漏斗，在活塞上涂少許凡士林，轉動活塞使其均勻透明。將分液漏斗頂端的玻璃塞與下端活塞用細繩套扎在漏斗上，并檢查玻璃塞與活塞是否緊密。然后將分液漏斗放在固定的鐵環中，關好活塞，裝入待萃取物和溶劑，蓋好玻璃塞，振蕩漏斗，使液層充分接觸，振蕩方法是先把漏斗傾斜，使上口略朝下，如圖2-20所示。活塞部分向上并朝向無人處，右手捏住上口頸部，并用食指壓緊玻璃塞，左手握住活塞。握持方式既要防止振蕩時活塞轉動或脫落，又要便于靈活地旋動活塞。振蕩后，令漏斗仍保持傾斜狀態，旋開活塞，放出因溶劑揮發或反應產生的氣體，使內外壓力平衡。如此重復數次，然后將分液漏斗靜置于鐵環上，使乳濁分層7，然后旋轉頂端玻璃塞，對好放氣孔，再慢慢旋開下端活塞，將下層液體自活塞放出。當液面的界線接近活塞時，關閉活塞，靜置片刻或輕輕振搖，這時下層液體往往增多，再把下層液體小心地放出。然后將上層液體從分液漏斗上口倒出。切不可經活塞放出，以免被漏斗活塞所附著的殘液污染。

在萃取中，上下兩層液體都應該保留到實驗完畢，以防止中間操作發生錯誤，無法補救。使用分液漏斗時，應防止幾種錯誤：用手拿住分液漏斗進行液體的分離；上層液體經漏斗的下端放出；上口玻璃塞未打開就旋開活塞。

分液漏斗若與NaOH或Na2SO4等堿性溶液接觸后，必須沖洗干凈，若較長時間不用，玻璃塞需用薄紙包好后再塞入，否則易粘在漏斗上而打不開。

2.5.6.2　液-固萃取

液-固萃取用于從固體混合物中物質的提取。利用溶劑對樣品中待提取物和雜質溶解度的不同來達到分離提取的目的。

實驗室中常用索氏（Soxhlet）提取器進行液-固萃取。索氏提取器由燒瓶、抽提筒、回流冷凝管三部分組成，裝置如圖2-21所示。

索氏提取器是利用溶劑的回流及虹吸原理，使固體物質每次都被純的熱溶劑所萃取，減少了溶劑用量，縮短了提取時間，因而效率較高。萃取前，應先將固體物質研細，以增加溶劑浸溶的面積。然后將研細的固體物質裝入濾紙筒8內，再置于抽提筒中。燒瓶內盛溶劑，并與抽提筒相連，抽提筒上端接冷凝管，溶劑受熱沸騰，其蒸氣沿抽提筒側管上升至冷凝管后冷凝為液體，滴入濾紙筒中，并浸泡筒內樣品。當液面超過虹吸管最高處時，即虹吸流回燒瓶，從而萃取出溶于溶劑的部分物質。如此多次重復，把要提取的物質富集于燒瓶內。提取液經濃縮除去溶劑后，即得產物，必要時可用其它方法進一步純化。

2.5.7　升華分離

升華是純化固體有機物的方法之一。某些物質在固態時有較高的蒸氣壓，當加熱時，不經過液態而直接氣化，蒸氣遇冷又直接冷凝成固體，這個過程叫做升華。利用升華可除去不揮發性雜質，或分離不同揮發度的固體混合物。升華常可得到純度較高的產品，但操作時間長，損失也較大，在實驗室里只用于較少量（1～2g）物質的純化。

2.5.7.1　基本原理

為了深入了解升華的原理，首先應研究固、液、氣三相平衡，如圖2-22所示。圖中曲線ST表示固相與氣相平衡時固相的蒸氣壓曲線；TW是液相與氣相平衡時液體的蒸氣壓曲線；TV為固相與液相的平衡曲線，三曲線相交于T。T為三相點，在這一溫度和壓力下，固、液、氣三相處于平衡狀態。三相點與物質的熔點（在大氣壓下固-液兩相處于平衡時的溫度）相差很小，通常只有幾分之一攝氏度，因此在一定的壓力下，TV曲線偏離垂直方向很小。

在三相點以下，物質只有氣、固兩相。若降低溫度，蒸氣就不經過液態而直接變成固態；若升高溫度，固態也不經過液態而直接變成蒸氣。因此，一般的升華操作在三相點溫度以下進行。若某物質在三相點以下的蒸氣壓很高，則氣化速率很大，這樣就很容易地從固態直接變成蒸氣，而且此物質蒸氣壓隨溫度降低而下降，稍降低溫度，即可由蒸氣直接變成固體，則此物質在常壓下較容易用升華法來純化。

2.5.7.2　操作步驟

實驗室中進行升華通常可分為常壓升華與減壓升華。升華技術的關鍵：一是被升華的物料事先要盡量研細；二是不要讓被升華物蒸氣泄漏；三是加熱要均勻，且升溫要慢，以便升華的蒸氣能及時得到冷卻。

（1）常壓升華　常用的常壓升華裝置如圖2-23所示。

一般情況下，被升華物料量少時多采用蒸發皿配漏斗，見圖2-23（a），將預先粉碎好的待升華物質均勻地鋪于蒸發皿中，上面覆蓋一張穿有許多小孔的濾紙，然后，將與蒸發皿口徑相近的玻璃漏斗倒扣在濾紙上，漏斗頸口用玻璃棉塞住，以減少蒸氣外逸。隔石棉網或用油浴、砂浴等緩慢加熱蒸發皿，控制浴溫低于待升華物質的熔點，使其慢慢升華。蒸氣通過濾紙孔上升，冷卻后凝結在濾紙上或漏斗壁上。必要時漏斗外可用濕濾紙或濕布冷卻。被升華物料量多時，則采用裝了冷凝水的圓底燒瓶加燒杯［見圖2-23（b）］，升華物凝結于燒瓶外底部。

在空氣或惰性氣體氣流中進行升華的裝置見圖2-23（c）。

當物質開始升華時，通入空氣或惰性氣體，以帶出升華物質，遇冷（或用自來水冷卻）即凝結于燒瓶壁上。

（2）減壓升華　減壓升華裝置如圖2-24所示。將固體物質放于吸濾管中，然后將裝有“冷凝指”的橡皮塞嚴密地塞住吸濾管口，用水泵或油泵減壓。接通冷凝水流，將吸濾管浸在水浴或油浴中加熱，使之升華。升華結束后慢慢使體系與大氣相通，以免空氣突然沖入而把“冷凝指”上的晶體吹落。小心取出“冷凝指”，收集升華后的產品。

升華實驗操作具體見實驗十七升華操作——樟腦的提純。

2.5.8　色譜分離

色譜法又稱色層法、層析法，是分離、提純和鑒定化合物的重要方法之一。早期此法僅用于帶顏色化合物的分離，由于顯色方法的引入，現已廣泛應用于有色和無色化合物的分離和鑒定。

色譜法是一種物理的分離方法，其基本原理是利用混合物各組分在某一物質中的吸附或溶解性能（分配）的不同，或其親和性能的差異，使混合物的各組分隨著流動的液體或氣體（稱流動相），通過另一種固定不動的固體或液體（稱固定相），進行反復的吸附或分配作用，從而使各組分分離。根據其分離原理，色譜法可分為分配色譜、吸附色譜、離子交換色譜和排阻色譜等；根據操作條件的不同，又可分為柱色譜、紙色譜、薄層色譜、氣相色譜及高效液相色譜等。本節主要介紹柱色譜、紙色譜和薄層色譜的分離。

2.5.8.1　柱色譜

柱色譜按其分離原理可分為吸附色譜、分配色譜、離子交換色譜等。

（1）吸附柱色譜分離　裝置如圖2-25所示，吸附柱色譜通常在玻璃管（色譜柱）中填入表面積較大、經過活化的多孔或粉狀固體吸附劑（固定相），如Al2O3、硅膠等。從柱頂加入樣品溶液，當溶液流經吸附柱時，各組分被吸附在柱的上端，然后從柱上方加入洗脫劑（溶劑），由于各組分吸附能力不同，在固定相上反復發生吸附-解析-再吸附-再解析的過程，各物質結構的不同，隨著溶劑向下移動的速度也不同，于是形成了不同色帶。繼續用溶劑洗脫，已經分開的溶質可以從柱中分別洗出收集。對于柱上不顯色的化合物分離時，可用紫外線照射后所呈現的熒光來檢查，也可通過其它方法逐個鑒定。

色譜柱的大小要根據處理量和吸附劑的性質而定，柱的長度與直徑比一般為7.5∶1，吸附劑用量一般為待分離樣品的30～40倍，有時還可再多些。

裝柱之前，先將空柱洗凈干燥，柱底鋪一層玻璃棉或脫脂棉，再鋪一層0.5～1cm厚的砂子，然后將吸附劑裝入柱內。裝柱方法有濕法和干法兩種：濕法是先將溶劑倒入柱內約為柱高的3/4，然后再將一定量的溶劑和吸附劑調成糊狀，慢慢倒入柱內，同時打開柱下活塞，使溶劑流出（控制1滴·s-1），吸附劑逐漸下沉。加完吸附劑后，繼續讓溶劑流出，至吸附劑不再下沉為止；干法是在柱的上端放一漏斗，將吸附劑均勻裝入柱內，輕敲柱管，使之填裝均勻。加完后，加入溶劑，使吸附劑全部潤濕。在吸附劑頂部蓋一層0.5～1cm厚的砂子，再繼續敲柱身，使砂子上層成水平。在砂子上面放一張與柱內徑相當的濾紙。無論采用哪種方式裝柱，都必須裝填均勻，嚴格排除空氣，吸附劑不能裂縫，否則將影響分離效果。一般說來，濕法比干法裝得緊密均勻。

裝好色譜柱后，當溶劑降至吸附劑表面時，把已配好的樣品溶液，小心地加到色譜柱頂端（樣品集中在柱頂端盡可能小的范圍），開啟下端活塞，使液體慢慢流出。當溶液液面與吸附劑表面相齊時，再用溶劑洗脫，控制流速1～2滴·s-1，分別收集各組分洗脫液。整個操作過程中，都應有溶劑覆蓋吸附劑。

（2）離子交換色譜分離　離子交換分離是利用離子交換劑與溶液中的離子發生交換反應而實現分離的方法。這種方法有著很好的分離效果，不僅用于正、負離子的分離，還可用于帶相同電荷的離子之間的分離。同時還廣泛用于微量組分的富集和高純物質的制備。

以陽離子交換樹脂分離為例，當樹脂R—H與含有M+金屬陽離子的溶液接觸時，則M+將與樹脂上的H+發生交換反應：

由于樹脂對不同離子的親和力不同，在進行離子交換時，樹脂就具有一定的選擇性。當溶液中各離子的濃度大致相同時，總是親和力大的離子先被交換到樹脂上；而在洗脫時，親和力較小的、后被交換到樹脂上的離子，又總是先被洗脫進入溶液相。這樣經過反復的交換和洗脫達到離子彼此分離的目的。

例如，用陽離子交換樹脂分離K+和Na+混合溶液，當混合溶液從交換柱的上方進入交換柱時，由于樹脂對K+的親和力大于對Na+的親和力，K+首先被交換到樹脂上，然后Na+才交換上去，故在交換柱中，K+層在上，Na+層在下。但由于樹脂對K+和Na+的親和力相差不是很大，故有一段交換柱為K+和Na+重疊層（見圖2-26上部）。然后用稀HCl作洗脫液進行洗脫，K+和Na+被洗脫進入水相后又與柱的下層未交換過的樹脂進行交換。當新的洗脫液流過時，它們又被再次洗脫，隨著洗脫液不斷地從柱上方加入，K+和Na+在樹脂相與水相之間反復進行交換和洗脫，經過一定柱長后它們就被洗脫液從交換柱的上方帶到下方。

由于樹脂對K+的親和力大于對Na+的親和力，所以K+比Na+更易從水相被交換到樹脂相，而更難從樹脂相被洗脫進入水相。因此，K+向下移動的速度較Na+慢，因而，K+在柱中的位置就要比Na+高。這樣本來混在一起的K+和Na+就會在離子交換柱中分為明顯的兩層（見圖2-26下部）。用兩個容器分別接收，先接收到的為Na+溶液，后接收到的為K+溶液，從而達到K+和Na+分離的目的。

離子交換樹脂是由人工合成的具有網狀結構的高分子化合物，通常為顆粒狀，性質穩定，不溶于酸、堿及一般有機溶劑。在網狀結構的骨架上有許多可與溶液中某種離子進行交換的活性基團。根據活性基團的不同，常用的離子交換樹脂可分為以下兩類。

①陽離子交換樹脂　陽離子交換樹脂是指含有酸性活性基團的樹脂，如含有磺酸基（—SO3H）、羧基（—COOH）、酚羥基（—OH）等。這種基團上的H+能與陽離子發生交換作用，根據活性基團在水中解離出H+能力的大小，陽離子交換樹脂又可分為強酸性和弱酸性兩種。

由于磺酸基在水中表現為電離度很大的強酸性，所以，含磺酸基的為強酸性陽離子交換樹脂，以R—SO3H表示（R代表樹脂中網狀結構的骨架部分），如國產732型樹脂；含羧基或酚羥基的為弱酸性陽離子交換樹脂，如國產724型樹脂。強酸性樹脂的應用較廣，它在酸性、中性和堿性溶液中都能使用。由于其網狀結構的網眼疏而大，與簡單的、復雜的、無機的和有機的陽離子都可以發生交換，但選擇性較差。

弱酸性樹脂由于對H+的親和力大，在酸性溶液中不宜使用，羧基在pH＞4、酚羥基在pH＞9.5時才具有離子交換能力。其網狀結構的網眼密又小，只容許小體積的離子進入，因此選擇性高，且易于用酸洗脫。

強酸性陽離子交換樹脂與陽離子M+發生交換反應，可用下式表示：

這種離子交換過程是可逆的，已使用過的樹脂用酸處理時，反應便向逆向進行，這一過程稱為洗脫或再生。再生后的樹脂可再次使用。

②陰離子交換樹脂　陰離子交換樹脂是指含有堿性活性基團的樹脂，如含季銨基（≡N+Cl-）、伯氨基（—NH2）、仲氨基（NH）和叔氨基（≡N）等。具有季銨基活性基團的為強堿性陰離子交換樹脂，以R—Cl表示，其中Cl-可以被其它陰離子交換，所以也稱Cl-型陰離子交換樹脂，如國產717型樹脂。這類樹脂如以NaOH處理，則可以交換轉變為OH-型交換樹脂。由于Cl-型比OH-型更穩定，一般都以Cl-型樹脂出售，這類樹脂能在酸性、中性和堿性溶液中使用，對于強酸根和弱酸根離子都能發生交換作用，應用較為廣泛。含伯氨基、仲氨基、叔氨基的為弱堿性陰離子交換樹脂，如國產701型樹脂。這些樹脂在水中溶脹發生水合作用后都含有可被交換的OH-，但由于其對OH-的親和力大，所以在堿性溶液中不宜使用。

離子交換色譜分離操作時一般按下面步驟進行。

①選擇和處理樹脂　在離子交換分離中，應用最多的是強酸性陽離子交換樹脂和強堿性陰離子交換樹脂。根據分離任務選擇適當的樹脂。市售的樹脂往往顆粒大小不夠均勻，且含有雜質，故使用時應先過篩，再放在4mol·L-1的HCl中浸泡1～2天，以溶解除去樹脂中的雜質。若浸出的溶液呈較深的黃色，應換新的鹽酸再浸泡一些時間，然后用去離子水洗滌呈中性，這樣處理得到的陽離子交換樹脂是H+型，陰離子交換樹脂是Cl-型。如需要其它型式的樹脂，例如，Na+型或型，則分別用NaCl、H2SO4處理，然后用去離子水洗凈，浸泡在去離子水中備用。

②裝柱　離子交換分離一般在交換柱中（亦可是交換床）進行。常用的交換柱如圖2-27所示。圖2-27（a）的裝置比圖2-27（b）稍復雜些，它的優點是流出口高于樹脂層上部，柱中溶液不會流干，使離子交換樹脂始終浸沒在液面下。在裝柱前先在柱的下端鋪一層玻璃棉，傾入少量去離子水，然后傾入帶水的樹脂，樹脂自動下沉而形成交換層。裝柱時要注意勿使樹脂層干涸而混入氣泡。裝柱完畢后，在樹脂層上面也鋪一層玻璃棉，以防加入試液時，樹脂被沖起。

③柱上操作

a.交換　將欲交換的試液傾入交換柱中，用活塞控制一定的流速，使試液緩慢流過樹脂層。如果柱中裝的是陽離子交換樹脂，試液中的陽離子與樹脂上的H+交換后留在樹脂上，陰離子不交換而存在于流出液中。如果柱中裝的是陰離子交換樹脂，試液中的陰離子將交換而留在樹脂上，陽離子不交換而存在于流出液中。借此，陽離子和陰離子得到分離。

b.洗滌　交換完畢后應進行洗滌，通常用去離子水作洗滌液，以洗下殘留在交換柱中的溶液及交換時所形成的酸、堿或鹽類。合并流出液和洗滌液，分析測定其中的陽離子和陰離子。

c.洗脫　洗凈后的交換柱再進行洗脫，控制一定的流速，以洗下交換在樹脂上的離子，直到洗脫液中沒有被交換的離子為止。對于陽離子交換樹脂，常用HCl溶液作為洗脫液，經過洗脫后樹脂轉為H+型，對于陰離子交換樹脂，常用NaCl或NaOH溶液作為洗脫液，經過洗脫之后樹脂轉為Cl-型和OH-型。這樣，洗脫之后的樹脂已得到再生，用去離子水洗凈后可再次使用。

2.5.8.2　紙色譜

紙色譜是以濾紙作為載體，讓樣品溶液在濾紙上展開而達到分離目的的分離方法。

2.5.8.3　薄層色譜

薄層色譜（薄層層析）是近年來發展起來的一種微量、快速、簡便的分析分離方法。它兼有柱色譜和紙色譜的優點。薄層色譜不僅適用于小量樣品（1～100μg，甚至0.01μg）的分離，也適用于較大量樣品的精制（可達500mg），特別適用于揮發性較小或在較低溫度下易發生變化而又不能用氣相色譜分離的化合物。

有機物質的紙色譜與薄層色譜分離見實驗二十二。