- 有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)(第三版)
- 趙劍英 胡艷芳 孫桂濱 邢令寶主編
- 14542字
- 2020-08-21 13:18:19
第五節(jié) 有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本操作
一、玻璃儀器的洗滌與干燥
有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用的玻璃儀器應(yīng)當(dāng)是清潔干燥的,以免在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)混入雜質(zhì)。
玻璃儀器的洗滌,一般是用毛刷和去污粉或洗衣粉刷洗器壁,直至污物除去為止,再用自來水清洗。毛刷有不同形狀和型號(hào),可根據(jù)儀器的形狀、大小選用。洗滌時(shí),要注意不要讓毛刷的鐵絲摩擦儀器磨口。毛刷夠不到的地方,可將毛刷的鐵絲柄適當(dāng)彎曲,直到可以刷到污物為止,有時(shí)去污粉的微粒會(huì)黏附在器壁上不易被水沖走,此時(shí)可用1%~2%鹽酸搖洗一下,再用自來水清洗。當(dāng)儀器倒置,器壁不再掛水珠時(shí),即已洗凈,否則需重新洗滌。如果是精制產(chǎn)品或用于有機(jī)分析實(shí)驗(yàn),需要更潔凈的玻璃儀器,儀器按以上方法洗完后,還要用蒸餾水淋洗,以除去自來水帶來的雜質(zhì)。
有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)反應(yīng)種類繁多而復(fù)雜,有時(shí)用去污粉和洗滌劑不能達(dá)到清洗效果,應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)的具體情況,采用各種手段清洗。如已知瓶中殘?jiān)鼮閴A性時(shí),可用稀鹽酸或稀硫酸溶解;殘?jiān)鼮樗嵝詴r(shí),可用稀氫氧化鈉溶液除去。如已知?dú)堅(jiān)苡谀撤N常用溶劑時(shí),可用適量該溶劑溶解除去。
不可盲目使用各種試劑和有機(jī)溶劑來清洗儀器,這樣不僅浪費(fèi),而且還會(huì)帶來危險(xiǎn)。
為了使清潔工作簡便有效,應(yīng)在每次實(shí)驗(yàn)后及時(shí)清洗玻璃儀器,因?yàn)檫@時(shí)對(duì)反應(yīng)和可能產(chǎn)生的污物的情況比較清楚,可采用合適的方法清洗。不清潔的儀器放置一段時(shí)間以后,常常會(huì)使清洗工作變得更加困難。
干燥儀器最簡單的方法是倒置晾干,也可倒置在氣流烘干器上烘干。對(duì)于嚴(yán)格無水實(shí)驗(yàn),可將儀器放入烘箱中進(jìn)一步烘干。但要注意,帶活塞的儀器放入烘箱時(shí),應(yīng)將塞子拿開,以防磨口和塞子受熱發(fā)生粘連。有機(jī)溶劑蒸氣易燃、易爆,不宜把帶有有機(jī)溶劑的儀器放入烘箱,烘箱烘干的儀器應(yīng)待其在烘箱中自然冷卻后再取出使用,如果熱時(shí)取出,冷卻時(shí)容易在器壁上凝結(jié)水汽。
馬上要使用的儀器,可將水盡量瀝干,然后用少量丙酮和乙醇搖洗,回收溶劑后,用吹風(fēng)機(jī)吹干。
二、簡單玻璃工操作與塞子的配置
1.簡單玻璃工操作
玻璃工操作是有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的重要操作之一。因?yàn)槿埸c(diǎn)測(cè)定、薄層色譜、減壓蒸餾所用的毛細(xì)管、點(diǎn)樣管,蒸餾時(shí)用的彎管,氣體吸收裝置、水蒸氣蒸餾裝置以及滴管、玻璃釘、攪拌棒等常需自己動(dòng)手制作。在玻璃工操作中最基本的操作是拉玻璃管和彎玻璃管。
(1)玻璃管的清潔和切割
所加工的玻璃管或玻璃棒應(yīng)清潔和干燥。加工后的玻璃管視實(shí)驗(yàn)要求可用自來水或蒸餾水清洗。制備熔點(diǎn)管的玻璃管要先用洗滌劑(或硝酸、鹽酸等)洗滌,再用自來水清洗,最后用蒸餾水清洗、干燥,然后進(jìn)行加工。
玻璃管的切割是用三角銼刀的邊棱或用小砂輪在需要割斷的地方朝一個(gè)方向銼出一個(gè)割痕(圖1-22),然后用兩手握住玻璃管,以大拇指頂住銼痕背面的兩邊,輕輕向前推,同時(shí)朝兩邊拉,玻璃管即平整地?cái)嚅_(圖1-23)。銼刻痕時(shí)不可來回銼,否則不但銼痕多,斷面不齊,而且易使銼刀或小砂輪變鈍。為了安全,折時(shí)應(yīng)盡可能離眼睛遠(yuǎn)些,或在銼痕的兩邊包上布后再折。也可用玻棒拉細(xì)的一端在煤氣燈焰上加強(qiáng)熱,軟化后緊按在銼痕處,玻璃管即沿銼痕的方向裂開。若裂痕未擴(kuò)展成一整圈,可以逐次用燒熱的玻棒壓觸在裂痕稍前處,直至玻璃管完全斷開。此法特別適用于接近玻璃管端處的截?cái)唷A验_的玻璃管邊沿很鋒利,必須在火中燒熔使之光滑,即將玻璃管斷面朝上呈45°角在氧化焰邊緣處一邊燒一邊轉(zhuǎn)動(dòng)直至平滑即可。但不應(yīng)燒得太久,以免管口縮小。

圖1-22 銼出凹痕

圖1-23 折斷玻璃管
(2)拉玻璃管
用煤氣燈加熱玻璃管時(shí),應(yīng)將玻璃管外圍用干布擦凈,在外焰中加熱并不斷轉(zhuǎn)動(dòng)玻璃管。先用小火加熱,然后再加大火焰。一般習(xí)慣用右手握住玻璃管一端轉(zhuǎn)動(dòng),左手托住玻璃管另一端,煤氣燈火焰在兩手之間的適當(dāng)位置,轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)玻璃管不要上下前后移動(dòng),玻璃管適當(dāng)傾斜可以獲得較長的軟化區(qū)。在玻璃管略微變軟時(shí),托玻璃管的左手也要以大致相同的速度將玻璃管作同向同軸轉(zhuǎn)動(dòng),以免玻璃管扭曲。當(dāng)玻璃管發(fā)紅變軟后,即可從火焰中取出(若玻璃管燒得較軟時(shí),從火焰中取出后,稍停片刻),再拉成需要的細(xì)度(圖1-24)。稍冷,置于石棉網(wǎng)上(不可直接放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上),冷至室溫后,根據(jù)需要割成需要的長度。拉出來的細(xì)管要求和原來的玻璃管在同一軸線上,否則要重新拉。這種工作又稱拉絲。通過拉絲能熟悉加熱玻璃管時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)操作和熔融玻璃管的特點(diǎn)。

圖1-24 加熱玻璃管和拉玻璃管
(3)拉制熔點(diǎn)管、沸點(diǎn)管、點(diǎn)樣管及玻璃沸石
取一根清潔干燥直徑為1cm、壁厚1mm左右的玻璃管,放在燈焰上加熱。火焰由小到大,不斷轉(zhuǎn)動(dòng)玻璃管,當(dāng)加熱至發(fā)紅變軟后從火焰中取出,此時(shí)兩手改為同時(shí)握玻璃管作同方向來回旋轉(zhuǎn),水平地向兩邊拉開。開始拉時(shí)要慢些,然后再較快地拉長,使之成為內(nèi)徑1mm左右的毛細(xì)管。將毛細(xì)管截成長為15cm左右的小段,兩端都用小火封閉,封時(shí)將毛細(xì)管一端向上呈45°角在小火的邊沿處一邊轉(zhuǎn)動(dòng),一邊加熱,直至封閉。冷卻后放置在試管內(nèi)備用。使用時(shí)只要將毛細(xì)管從中央割斷,即得兩根熔點(diǎn)管。制點(diǎn)樣管時(shí),內(nèi)徑要更細(xì),約0.5mm,不必封口。
用上法拉成內(nèi)徑3~4mm的毛細(xì)管、截成長7~8cm,一端用小火封閉,作為沸點(diǎn)管的外管。另將內(nèi)徑約1mm的毛細(xì)管在中間部位封閉,自封閉處一端截取約5mm(作為沸點(diǎn)管內(nèi)管的下端),另一端約長8cm,總長度約9cm,作為內(nèi)管。由此兩根粗細(xì)不同的毛細(xì)管即構(gòu)成沸點(diǎn)管。
將不合格的毛細(xì)管(或玻璃管、玻璃棒)在火焰中反復(fù)熔拉,拉長后再對(duì)疊在一起,造成空隙,保留空氣,幾十次后,再熔拉成1~2mm粗細(xì)。冷卻后截成長約1cm的小段,裝在小試管中,可以在蒸餾時(shí)作玻璃沸石用。
(4)玻璃釘?shù)闹谱?/p>
方法同拉玻璃管的操作。將一段玻璃棒在煤氣燈焰上加熱,火焰由小到大且不斷均勻轉(zhuǎn)動(dòng),到發(fā)紅變軟時(shí)取出拉成2~3mm粗細(xì)的玻棒。自較粗的一端開始,截取長約6cm左右的一段,將粗的一端在外焰的邊緣燒紅軟化后在石棉網(wǎng)上按一下,即成一玻璃釘。
另取一段玻璃棒,將其一端在氧化焰的邊緣燒紅軟化后在石棉網(wǎng)上按壓成直徑約為1.5cm左右的玻璃釘(如果一次不能按成要求的大小,可重復(fù)幾次)。截成6cm左右,然后在火焰上將斷面燒光滑,玻璃釘可供研磨樣品和抽濾時(shí)擠壓產(chǎn)品之用。
(5)彎玻璃管
根據(jù)需要玻璃可彎成不同的角度,彎管的方法可分為慢彎法和快彎法。
慢彎法:玻璃管在氧化焰上加熱(與拉玻璃管加熱操作相同),當(dāng)被燒到剛發(fā)黃變軟能彎時(shí),離開火焰,彎成一定角度。彎管時(shí)兩手向上,玻璃管彎成V字形,見圖1-25(a)。120°以上的角度可一次彎成,較小的角可分幾次彎成。先彎成一個(gè)較大的角,以后的加熱和彎曲都要在前次加熱部位稍偏左或偏右處進(jìn)行,直到彎成所需要的角度,不要把玻璃管燒得太軟,能彎就彎,一次不要彎得角度太大。

圖1-25 彎玻璃管
快彎法:先將玻璃管拉成尖頭并燒結(jié)封死,冷卻后在氧化焰中將玻璃管欲彎曲部位加熱到足夠紅軟時(shí),離開火焰。如圖1-25(b)所示操作,左手拿玻璃管從未封口一端用嘴吹氣,右手持尖頭的一端向上彎管,一次彎成所需要的角度。這種方法要求煤氣燈的火焰寬些,加熱溫度要高,彎成的角比較圓滑。注意吹的時(shí)候用力不要過大,以免將玻璃管吹漏氣或變形。
加工后的玻璃管應(yīng)進(jìn)行退火處理,即將紅熱的玻璃管在較弱火焰中加熱一會(huì)兒,然后將玻璃管慢慢移離火焰,再放在石棉網(wǎng)上冷卻至室溫。否則,玻璃因急速冷卻,內(nèi)部產(chǎn)生很大的應(yīng)力,即使不立即開裂,過后也有破裂的可能。
2.塞子的配置和鉆孔
實(shí)驗(yàn)室常用的塞子有玻璃塞、橡膠塞、軟木塞、塑料塞。玻璃塞一般是磨口的,與瓶配合緊密,但帶有磨口塞的玻璃瓶不適合于裝堿性物質(zhì)。軟木塞不易與有機(jī)物質(zhì)作用,但易被堿腐蝕。膠塞可以把瓶塞緊又可以耐堿腐蝕,但易被強(qiáng)酸和某些有機(jī)物質(zhì)所侵蝕。
當(dāng)塞子上需要插入溫度計(jì)或玻璃管時(shí),就需要鉆孔。實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常用的鉆孔工具是鉆孔器,它是一組粗細(xì)不同的金屬管。鉆孔器前端很鋒利,后端有柄可用手握,鉆后進(jìn)入管內(nèi)的橡膠或軟木用帶柄的鐵條捅出。具體步驟敘述如下。
(1)塞子大小的選擇
塞子的大小應(yīng)與儀器的口徑相適合,塞子進(jìn)入瓶頸或管頸部分不能少于本身高度的1/3,也不能多于2/3。所選塞子應(yīng)先檢查,不應(yīng)有裂縫或污物。
(2)鉆孔器的選擇
選擇一個(gè)比要插入的玻璃管口徑略粗的鉆孔管,因?yàn)橄鹌と袕椥裕椎楞@成后會(huì)收縮使孔徑變小(若軟木塞則要用略細(xì)的鉆孔器)。
(3)鉆孔方法
將塞子的小頭水平放在桌面上的一塊木板上(避免鉆壞桌面),左手持塞,右手握住鉆孔管的手柄,并在鉆孔管前端涂點(diǎn)甘油或水(可減小摩擦力),然后將鉆孔器按在選定的位置上,經(jīng)順時(shí)針方向,一面旋轉(zhuǎn)一面用力向下鉆動(dòng)。鉆孔管要垂直于塞子的面上,不能左右擺動(dòng),更不能傾斜,以免鉆斜。鉆到塞子高度的1/2深時(shí),旋出鉆孔器,再從另一頭鉆孔,注意要對(duì)準(zhǔn)原孔的位置。最后拔出鉆孔器,將鉆孔器中的橡皮取出。
鉆孔后,檢查孔道是否合適。若玻璃管輕松地插入圓孔,說明孔過大,孔和玻璃管間密封不嚴(yán),塞子不能使用;若塞孔稍小或不光滑時(shí),可用圓銼修整。
對(duì)于軟木塞,需先用壓塞機(jī)壓實(shí),或用木板在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上壓實(shí),其余操作如前所述。橡膠的摩擦力較大,為膠塞鉆孔時(shí)一般用力較大,應(yīng)注意安全,避免受傷。
(4)安裝玻璃管
孔鉆好后,將玻璃管或溫度計(jì)插入塞孔時(shí),應(yīng)將手握住玻璃管或溫度計(jì)靠近塞子的部位,慢慢旋入。可將管口蘸少量水或甘油作為潤滑劑以減小阻力。切記握玻璃管或溫度計(jì)的手不能離塞子太遠(yuǎn),否則玻璃管容易折斷,造成割傷事故。可用毛巾等把玻璃管包上,防止扎傷。
用過的塞子應(yīng)洗凈,晾干,以備下次使用,已污染而無法清洗的塞子則不能再使用。
三、加熱和冷卻
1.加熱
除濃度外,溫度是影響反應(yīng)速度的重要因素。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定,溫度每升高10℃,反應(yīng)速度平均增加約2倍。有機(jī)反應(yīng)一般是分子間的反應(yīng),反應(yīng)速度較慢,為了加快反應(yīng)速度,常常采用加熱的方法。此外。有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的許多基本操作都要用到加熱。實(shí)驗(yàn)室常用的熱源有煤氣燈、酒精燈、電熱帶、電熱套、熱水浴和油浴等。
玻璃儀器一般不能用火焰直接加熱,以免因溫度劇烈變化和加熱不均勻而造成儀器的破損及有機(jī)化合物的部分分解。加熱時(shí)要根據(jù)液體的沸點(diǎn)、有機(jī)化合物的特性和反應(yīng)要求,選用下列適當(dāng)?shù)募訜岱绞健?/p>
(1)煤氣燈加熱 煤氣燈加熱時(shí),應(yīng)在容器下面墊上石棉網(wǎng),這樣比直接用火加熱均勻,且容器受熱面積大。煤氣燈多用于加熱水溶液和高沸點(diǎn)溶液,但不能用于回流易燃物(乙醚、乙醇等)及減壓蒸餾等。
(2)水浴 當(dāng)加熱溫度在100℃以下時(shí),最好用水浴加熱。將容器浸入水浴后。浴面應(yīng)略高于容器中的液面。切勿使容器觸及水浴鍋底部,以免破裂。也可把容器置于水浴鍋的金屬環(huán)上,利用水蒸氣來加熱。如長時(shí)間加熱,可用電熱恒溫水浴或采用附有自動(dòng)添水裝置的水浴。涉及鈉或鉀的操作,切勿在水浴中進(jìn)行,以免發(fā)生事故。
(3)油浴 在100~250℃之間加熱要用油浴。油浴傳熱均勻,容易控制溫度。浴油的品種及油浴所能達(dá)到最高的溫度如下:甘油(140~160℃),聚乙二醇(160~200℃),棉籽油、蓖麻油等植物油(約220℃),石蠟油(約200℃),硅油(250℃左右)。除硅油外,用其他油浴加熱要特別小心,當(dāng)油冒煙時(shí),表明已接近油的閃點(diǎn),應(yīng)立即停止加熱,以免自燃著火。硅油是有機(jī)硅單體水解縮聚而得的一類線形結(jié)構(gòu)的油狀物,盡管價(jià)格較貴,但由于加熱到250℃左右仍較穩(wěn)定,且無色、無味、無毒、不易著火,在實(shí)驗(yàn)室中已普遍使用。
油浴中應(yīng)懸掛溫度計(jì),以便隨時(shí)控制加熱溫度。若用控溫儀控制溫度,則效果更好。實(shí)驗(yàn)完畢后應(yīng)把容器提出油浴液面,并仍用鐵夾夾住,放置在油浴上面。待附著在容器外壁上的油流完后,用紙和干布把容器擦凈。
(4)電熱套 電熱套可以提供的加熱范圍很寬,可緊貼在容器周圍,通電后成為一種均勻的熱源,最高溫度可達(dá)400℃。使用調(diào)壓變壓器控制溫度,加熱迅速,但降溫較慢,安全方便。為了不影響加熱效果,電熱套大小要合適。要避免化學(xué)藥品撒入電熱套內(nèi),以免電熱絲燒毀。
(5)砂浴 當(dāng)加熱溫度在250~350℃時(shí)應(yīng)采用砂浴。將清潔而又干燥的細(xì)砂平鋪在鐵盤上,盛有液體的容器埋入砂中,在鐵盤下加熱,液體就間接受熱。
由于砂對(duì)熱的傳導(dǎo)能力較差而散熱卻快,所以容器底部與砂浴接觸處的砂層要薄些,使容器容易受熱;容器周圍與砂接觸的部分,可用較厚的砂層,使其不易散熱。但砂浴由于散熱太快,溫度上升較慢,不易控制。
(6)空氣浴加熱 空氣浴就是讓熱源把局部空氣加熱,空氣再把熱能傳導(dǎo)給反應(yīng)容器。沸點(diǎn)在80℃以上的液體均可采用空氣浴加熱。直接利用煤氣燈隔著石棉網(wǎng)對(duì)容器加熱,這是最簡單的空氣浴,但受熱不均勻,因此不適合低沸點(diǎn)易燃液體或減壓蒸餾。電熱套是比較好的空氣浴,能從室溫加熱到200℃左右。
除此之外,還可用紅外燈、電熱板或電爐等加熱。而當(dāng)物質(zhì)在高溫加熱時(shí),也可以使用熔融的鹽,如等質(zhì)量的硝酸鈉和硝酸鉀混合物在218℃熔化,在700℃以下是穩(wěn)定的。含有40%亞硝酸鈉、7%硝酸鈉和53%硝酸鉀的混合物在142℃熔化,使用范圍150~500℃。必須注意,若熔融的鹽觸及皮膚,會(huì)引起嚴(yán)重的燒傷,所以在使用時(shí),應(yīng)當(dāng)倍加小心,并盡可能防止溢出或飛濺。
(7)加熱回流基本操作 很多有機(jī)化學(xué)反應(yīng)需要在反應(yīng)體系的溶劑或液體反應(yīng)物的沸點(diǎn)附近進(jìn)行,這時(shí)就要用回流裝置。在回流裝置中,一般如圖1-3在燒瓶上口安裝球形冷凝管來進(jìn)行。因?yàn)檎魵馀c球形冷凝管接觸面積較大,冷凝效果較好,故經(jīng)常使用球形冷凝管而不是直形冷凝管。
【操作規(guī)程】
①裝樣品 在燒瓶中裝入待回流的樣品,通常裝入液體的體積應(yīng)為燒瓶容積1/3~2/3,往燒瓶里投入1~2粒沸石(或磁子攪拌)防止液體暴沸,使沸騰保持平穩(wěn)。
②安裝回流裝置 按照“從下到上”的原則,在鐵架臺(tái)上依次放好墊板、電熱套,固定好燒瓶的位置使梨形燒瓶中間半徑最大部分與電熱套表面相平,燒瓶上口安裝球形冷凝管。
③接通冷凝水 安裝完畢,冷凝管中按照“下進(jìn)上出”的原則通入自來水,冷凝水流量以出口有水小量流出即可,水流量不可較大以防膠管迸裂。
④加熱 加熱前應(yīng)再檢查一遍裝置,特別是燒瓶與冷凝管之間接合是否緊密,以防蒸氣泄漏。加熱時(shí)要密切注意回流的速度,通過墊板的層數(shù)調(diào)節(jié)加熱速度,控制液體從冷凝管中滴下的速度不超過1~2滴/秒。
⑤拆除回流裝置 回流完畢,先應(yīng)撤去熱源,降溫冷卻后停止通水,最后拆除回流裝置(與安裝順序相反)。
2.冷卻
有些反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量熱量,如不迅速消除,將使反應(yīng)物分解或逸出反應(yīng)容器,甚至引起爆炸,例如硝化反應(yīng)、重氮化反應(yīng)等。這些反應(yīng)必須在低溫下進(jìn)行反應(yīng)。此外,蒸氣的冷凝、結(jié)晶的析出也需要冷卻。
一般將裝有反應(yīng)物的容器浸入冷卻劑中就可達(dá)到冷卻的目的。冷卻劑的選擇隨冷卻的溫度而定。通常降溫用冷水。需冷卻至室溫以下時(shí)用水和碎冰的混合物,這比單用冰塊冷卻效果好,因?yàn)樗芘c容器壁完全接觸。有的反應(yīng),水分的存在并不影響反應(yīng),可把干凈的碎冰直接投入反應(yīng)物中,這樣降溫更快。
如果要求在0℃以下進(jìn)行操作,常用碎冰和無機(jī)鹽以不同比例混合。制備冰鹽冷卻劑時(shí),應(yīng)把鹽研細(xì),然后和碎冰均勻混合,并隨時(shí)加以攪拌。混合比例參見表1-2。
表1-2 冰鹽冷卻劑

如碎冰與研細(xì)的食鹽按質(zhì)量比為2∶1均勻混合,最低可冷至-20℃,一般為-15℃。冰與六水合氯化鈣結(jié)晶(CaCl2·6H2O)的混合物,理論上可得到-50℃左右的低溫。在實(shí)際操作中,十份六水合氯化鈣結(jié)晶與7~8份碎冰均勻混合,可達(dá)到-40~-20℃的低溫。
若要達(dá)到更低溫度,用干冰(固體二氧化碳)與乙醇或丙酮的混合物,可冷至-78℃。干冰必須在鐵研缽(不能用瓷研缽)中很好地粉碎,操作時(shí)應(yīng)戴防護(hù)眼鏡和手套。為了保持冷卻劑效果,通常把干冰或它的溶液盛放在保溫瓶或其他絕熱較好的容器中,上口用鋁箔覆蓋,降低其揮發(fā)和吸熱的速度。由于有爆炸的危險(xiǎn),必須在保溫瓶(也叫杜瓦瓶)上包以石棉繩或類似的材料,也可以用金屬絲網(wǎng)或木箱等加以防護(hù),瓶的上緣是特別敏感的部位,小心不要碰撞。液氮可冷至-188℃,購買和使用都很方便,使用時(shí)注意不要凍傷。
若有機(jī)物要長期保持低溫,就要用電冰箱。置于冰箱內(nèi)的容器必須貼好標(biāo)簽,蓋好塞子,否則水汽會(huì)進(jìn)入容器,放出的腐蝕性氣體也會(huì)腐蝕冰箱,逸出的有機(jī)溶劑還可能會(huì)引起爆炸。
此外,在進(jìn)行低溫反應(yīng)時(shí)一定要注意根據(jù)不同的溫度范圍選擇不同的溫度計(jì),不可根據(jù)冷浴的理論值來估計(jì)反應(yīng)溫度。如在低于-38℃時(shí),不能用水銀溫度計(jì),需使用有機(jī)液體低溫溫度計(jì)。
四、干燥與干燥劑的使用
除去固體、液體或氣體內(nèi)少量水分的方法稱干燥。有機(jī)實(shí)驗(yàn)中幾乎所做的每一步反應(yīng)都會(huì)遇到試劑、溶劑和產(chǎn)品的干燥問題,所以干燥是實(shí)驗(yàn)室中最普通但最重要的一項(xiàng)操作。如果試劑和產(chǎn)品不進(jìn)行干燥或干燥不完全,將直接影響有機(jī)反應(yīng)、定性分析、定量分析、波譜鑒定和物理常數(shù)測(cè)定的結(jié)果。
干燥方法可分為物理方法與化學(xué)方法兩種。物理方法有吸附(包括離子交換樹脂法和分子篩吸附法)、共沸蒸餾、分餾、冷凍、加熱和真空干燥等。化學(xué)方法按去水作用的方式又可分為兩類:一類與水能可逆地結(jié)合生成水合物,如氯化鈣、硫酸鈉等;另一類與水會(huì)發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng),如金屬鈉、五氧化二磷等。下面按有機(jī)物的物理狀態(tài)介紹各種干燥的方法和實(shí)驗(yàn)操作。
1.固體的干燥
(1)晾干 將待干燥的固體放在表面皿上或培養(yǎng)皿中,盡量平鋪成一薄層、再用濾紙或培養(yǎng)皿覆蓋上,以免灰塵沾污,然后在室溫下放置直到干燥為止,這對(duì)于低沸點(diǎn)溶劑的除去是既經(jīng)濟(jì)又方便的方法。
(2)紅外燈干燥 固體中如含有不易揮發(fā)的溶劑時(shí),為了加速干燥,常用紅外燈干燥。干燥的溫度應(yīng)低于晶體的熔點(diǎn),干燥時(shí)旁邊可放一支溫度計(jì),以便控制溫度。要隨時(shí)翻動(dòng)固體,防止結(jié)塊。但對(duì)于常壓下易升華或熱穩(wěn)定性差的結(jié)晶不能用紅外燈干燥。紅外燈可用可調(diào)變壓器來調(diào)節(jié)溫度,使用時(shí)溫度不要調(diào)得過高,嚴(yán)防水滴濺在燈泡上而發(fā)生炸裂。
(3)烘箱烘干 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)常用帶有自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)的電熱鼓風(fēng)干燥箱,其使用溫度一般為50~300℃,通常使用溫度應(yīng)控制在100~200℃的范圍內(nèi)。烘箱用來干燥無腐蝕、無揮發(fā)性、加熱不分解的物品。切忌將揮發(fā)、易燃、易爆物放在烘箱內(nèi)烘烤,以免發(fā)生危險(xiǎn)。
(4)干燥器干燥 普通干燥器[圖1-26(a)]一般適用于保存易潮解或升華的樣品。但干燥效率不高,所費(fèi)時(shí)間較長。干燥劑通常放在多孔瓷板下面,待干燥的樣品用表面皿或培養(yǎng)皿裝盛,置于瓷板上面,所用干燥劑由被除去溶劑的性質(zhì)而定。
變色硅膠是使用較普遍的干燥劑,其制備方法是:將無色硅膠平鋪在盤中,在大氣中放置幾天,任其吸收水分,以減少應(yīng)力,如果部分干燥的硅膠有內(nèi)應(yīng)力,浸入溶液中即會(huì)發(fā)生炸裂,變成更小的顆粒狀,當(dāng)吸收的水分使它質(zhì)量增加了原質(zhì)量的1/5時(shí),浸入20%氯化鈷的乙醇溶液中,15~30min后取出晾干,再置于250~300℃的烘箱中活化至恒重,即得變色硅膠。它干燥時(shí)為藍(lán)色,吸水后變成紅色,烘干后可再使用。
分子篩是一種硅鋁酸鹽晶體,在晶體內(nèi)部有許多孔徑均一的孔道。它可允許比孔徑小的分子(如水分子)進(jìn)入,大的分子排除在外,從而達(dá)到將大小不同的分子分離的目的。分子篩通常按微孔表觀直徑大小進(jìn)行分類,如“5A分子篩”,即表示它可吸附直徑為5?(1?=10-10m)的分子,因此也能吸附直徑為3?的水分子。當(dāng)加熱至350℃以上時(shí),吸附后的分子篩又可以解吸活化,所以它能反復(fù)使用(市售的分子篩應(yīng)放在馬弗爐內(nèi)加熱至550℃±10℃活化2h,待溫度降到200℃左右取出,小心地存放在干燥器內(nèi)備用)。
真空干燥器[圖1-26(b)]比普通干燥器干燥效率高,但這種干燥器不適用于易升華物質(zhì)的干燥。用水泵抽氣時(shí),要接上安全瓶,以免在水壓變化時(shí)使水倒吸入器內(nèi)。放氣取樣時(shí),要用濾紙片擋住入氣口,防止沖散樣品。對(duì)于空氣敏感的物質(zhì),可通入氮?dú)獗Wo(hù)。

圖1-26 干燥器
干燥槍,又稱真空恒溫干燥器,干燥效率很高,可除去結(jié)晶水或結(jié)晶醇,常常用于元素定量分析樣品的干燥。使用時(shí)將裝有樣品的小試管或小舟放入夾層內(nèi),曲頸瓶內(nèi)放置五氧化二磷,并混雜一些玻璃棉。用水泵(或油泵)抽到一定真空度時(shí),就可關(guān)閉活塞,停止抽氣。如繼續(xù)抽氣,反而有可能使水汽擴(kuò)散到槍內(nèi)。另外要根據(jù)樣品的性質(zhì),選用沸點(diǎn)低于樣品熔點(diǎn)的溶劑加熱夾層外套,并每隔一定時(shí)間再行抽氣,使樣品在減壓或恒定的溫度下進(jìn)行干燥。
(5)冷凍干燥 是使有機(jī)物的水溶液或混懸液在高真空的容器中,先冷凍成固體狀態(tài),然后利用冰的蒸氣壓力較高的性質(zhì),使水分從冰凍的體系中升華,有機(jī)物即成固體或粉末。對(duì)于受熱時(shí)不穩(wěn)定物質(zhì)的干燥,該方法特別適用。
2.液體的干燥
從水溶液中分離出的液體有機(jī)物,常含有許多水分,如不干燥脫水,直接蒸餾將會(huì)增加前餾分,產(chǎn)品也可能與水形成共沸混合物;此外,水分如不除去,還可能與有機(jī)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng),影響產(chǎn)品純度。所以,蒸餾前一般都要用干燥劑干燥,有些溶劑的干燥也可采用共沸干燥法。
(1)干燥劑去水 在選用干燥劑時(shí)首先應(yīng)注意其適用范圍(表1-3),即選用的干燥劑不能與待干燥的液體發(fā)生化學(xué)反應(yīng),或溶解于其中,如無水氯化鈣與醇、胺類易形成配合物,因而它不能用來干燥這兩類化合物;其次要充分考慮干燥劑的干燥能力,即吸水容量、干燥效能和干燥速度。吸水容量是指單位質(zhì)量干燥劑所吸收的水量,而干燥效能是指達(dá)到平衡時(shí)仍舊留在溶液中的水量。
表1-3 常用干燥劑的性能與應(yīng)用范圍

對(duì)于形成水合物的干燥劑,常用吸水后結(jié)晶水的蒸氣壓表示干燥效能,蒸氣壓越小,干燥效能越強(qiáng)。例如,無水硫酸鈉可形成含10個(gè)結(jié)晶水的水合物,在25℃時(shí)結(jié)晶水的蒸氣壓為256Pa(1.92mmHg),吸水容量為1.25。而無水氯化鈣最多能形成含6個(gè)結(jié)晶水的水合物,25℃時(shí)結(jié)晶水的蒸氣壓為40Pa(0.30mmHg),吸水容量為0.97。因此氯化鈣的干燥效能比硫酸鈉強(qiáng),但吸水容量小。對(duì)于含水較多的溶液,為了使干燥的效果更好,常先用吸水容量大的干燥劑除去大部分水分,然后再用干燥效能強(qiáng)的干燥劑。
影響干燥效能的因素很多,如干燥時(shí)的溫度、干燥劑用量和顆粒大小、干燥劑與待干燥液體接觸的時(shí)間等。加熱雖然可以加快干燥速度,但由于水蒸氣壓隨之增大,使干燥效能減弱,而且生成的水合物在30℃以上易失去水,所以液體的干燥通常在室溫下進(jìn)行,在蒸餾之前應(yīng)將干燥劑濾去。
根據(jù)水在液體中的溶解度和干燥劑的吸水容量,雖然可以計(jì)算出干燥劑的理論用量,但實(shí)際用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過理論用量。一般操作中很難確定具體的數(shù)量,多數(shù)是憑經(jīng)驗(yàn)加入。通常以加入后液體由混濁變澄清,或每10mL液體中加入0.5~1g干燥劑,作為加入量的大致標(biāo)準(zhǔn)。顯然加入干燥劑不能太多,否則將吸附液體,引起更大的損失。
應(yīng)當(dāng)注意,金屬鈉通常以鈉片或鈉絲的形式使用,并限于醚類(如乙醚)、烴類(如苯)的干燥。在干燥過程中,鈉與水發(fā)生反應(yīng)有氫氣產(chǎn)生,為了使氫氣逸出,防止潮氣侵入,在容器上應(yīng)裝配氧化鈣干燥管。
加入干燥劑前必須盡可能將待干燥液體中的水分分離干凈,不應(yīng)有任何可見的水層及懸浮的水珠,并置于錐形瓶中。加入顆粒大小合適的干燥劑,用塞子塞緊,不時(shí)旋搖,促使水合平衡的建立。干燥時(shí)間應(yīng)根據(jù)液體量及含水情況而定,一般約需0.5h以上。如時(shí)間許可的話,最好放置過夜,然后將干燥的液體濾入蒸餾瓶中蒸餾。
干燥時(shí)如出現(xiàn)下列情況,要進(jìn)行相應(yīng)處理:容器下面出現(xiàn)水層,須將水層分出后再加入新的干燥劑;干燥劑互相黏結(jié),附在器壁上,說明用量不夠,應(yīng)補(bǔ)加干燥劑;黏稠液體的干燥應(yīng)先用溶劑稀釋后再加干燥劑。未知物溶液的干燥,常用中性干燥劑干燥,例如,硫酸鈉或硫酸鎂。
(2)共沸干燥法 許多溶劑能與水形成共沸混合物,共沸點(diǎn)低于溶劑的本身,因此當(dāng)共沸混合物蒸完,剩下的就是無水溶劑。顯然,這些溶劑不需要加干燥劑干燥。如工業(yè)乙醇通過簡單蒸餾只能得到95.5%的乙醇,即使用最好的分餾柱,也無法得到無水乙醇。為了將乙醇中的水分完全除去,可在乙醇中加入適量苯進(jìn)行共沸蒸餾。先蒸出的是苯-水-乙醇共沸混合物(沸點(diǎn)65℃),然后是苯-乙醇混合物(沸點(diǎn)68℃),殘余物繼續(xù)蒸出即為無水乙醇。
共沸干燥法也可用來除去反應(yīng)時(shí)生成的水。如羧酸與乙醇的酯化過程中,為了使酯的產(chǎn)率提高,可加入苯,使反應(yīng)所生成的水、苯、乙醇形成三元共沸混合物而蒸餾出來。
3.氣體的干燥
有氣體參加反應(yīng)時(shí),常常將氣體發(fā)生器或鋼瓶中氣體通過干燥劑干燥。固體干燥劑一般裝在干燥管、干燥塔或大的U形管內(nèi)。液體干燥劑則裝在各種形式的洗氣瓶內(nèi)。要根據(jù)被干燥氣體的性質(zhì)、用量、潮濕程度以及反應(yīng)條件,選擇不同的干燥劑和儀器。氧化鈣、氫氧化鈉等堿性干燥劑常用來干燥甲胺、氨氣等堿性氣體,氯化鈣常用來干燥HCl、烴類、H2、O2、N2、CO2、SO2等,濃硫酸常用來干燥HCl、烴類、Cl2、N2、H2、CO2等。
用無水氯化鈣干燥氣體時(shí),切勿用細(xì)粉末,以免吸潮后結(jié)塊堵塞。如用濃硫酸干燥,酸的用量要適當(dāng),并控制好通入氣體的速度。為了防止發(fā)生倒吸,在洗氣瓶與反應(yīng)瓶之間應(yīng)連接安全瓶。
用干燥塔進(jìn)行干燥時(shí),為了防止干燥劑在干燥過程中結(jié)塊,那些不能保持其固有形態(tài)的干燥劑(如五氧化二磷)應(yīng)與載體(如石棉繩、玻璃纖維、浮石等)混合使用。低沸點(diǎn)的氣體可通過冷阱將其中的水或其他可凝性雜質(zhì)冷凍而除去,從而獲得干燥的氣體。固體二氧化碳與甲醇組成的體系或液態(tài)空氣都可用作為冷阱的冷凍液。
為了防止大氣中的水汽侵入,有特殊干燥要求的開口反應(yīng)裝置可加干燥管,進(jìn)行空氣的干燥。
五、無水無氧操作
在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中,經(jīng)常會(huì)遇到一些對(duì)空氣中的氧氣和水敏感的化合物。在這種情況下就需要在無水無氧條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。無水無氧操作有以下幾種。
(1)直接向反應(yīng)體系中通入惰性氣體保護(hù) 對(duì)于一般要求不是很高的體系,可采用直接將惰性氣體通入反應(yīng)體系置換出空氣的方法,這種方法簡便易行,廣泛用于各種常規(guī)有機(jī)合成,是最常見的保護(hù)方式。惰性氣體可以是普通氮?dú)猓部墒歉呒兊獨(dú)饣驓鍤狻J褂闷胀ǖ獨(dú)鈺r(shí)最好讓氣體通過濃硫酸洗氣瓶或裝有合適干燥劑的干燥塔,使用效果會(huì)更好。
(2)手套箱 對(duì)于需要稱量、研磨、轉(zhuǎn)移、過濾等較復(fù)雜操作的體系,一般采用在一充滿惰性氣體的手套箱中操作。常用的手套箱是用有機(jī)玻璃板制作的,在其中放入干燥劑即可進(jìn)行無水操作,通入惰性氣體置換其中的空氣后則可進(jìn)行無氧操作。但是有機(jī)玻璃手套箱不耐壓,不能通過抽氣進(jìn)行置換其中的空氣,空氣不易置換完全,而且使用手套箱也造成惰氣的大量浪費(fèi)。
嚴(yán)格無水無氧操作的手套箱是用金屬制成的。操作室?guī)в卸铓膺M(jìn)出口、氯丁橡膠手套及密封很好的玻璃窗。通過反復(fù)三次抽真空和充惰性氣體,可保證操作箱中的空氣完全置換為惰性氣體。
(3)Schlenk技術(shù) 對(duì)于無水無氧條件下的回流、蒸餾和過濾等操作,應(yīng)用Schlenk儀器比較方便。所謂Schlenk儀器是為便于抽真空、充惰性氣體而設(shè)計(jì)的帶活塞支管的普通玻璃儀器或裝置,活塞支管用來抽真空或充放惰性氣體,保證反應(yīng)體系能達(dá)到無水無氧狀態(tài)。
六、微量有機(jī)合成
由于試劑價(jià)格和人們對(duì)環(huán)境的重視,以盡可能少的化學(xué)試劑來獲取所需化學(xué)信息將是現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。微量合成技術(shù)就是適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展起來的,雖然它的化學(xué)試劑用量只為常規(guī)實(shí)驗(yàn)用量的幾分之一至幾十分之一,但卻可以觀察到相同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。由于微量實(shí)驗(yàn)的樣品量較小,在稱量、蒸餾、過濾等操作中,有一些操作與常量實(shí)驗(yàn)是有區(qū)別的。
微量合成中固體的稱量經(jīng)常使用電子天平,可準(zhǔn)確到0.0001g。使用時(shí)要注意不要讓腐蝕性試劑撒在天平上,揮發(fā)性酸堿盡量不要用天平稱取。如果試劑撒在天平上,應(yīng)取下秤盤,用軟毛刷清除撒落的固體試劑,以防腐蝕秤盤。當(dāng)不慎將液體化學(xué)物質(zhì)灑落于秤盤上時(shí),應(yīng)立即用濾紙擦凈,并用適當(dāng)?shù)娜軇ㄈ缫掖迹┻M(jìn)一步擦拭干凈。液體的稱量可以用不同規(guī)格的移液管或玻璃注射器,使用后要及時(shí)洗凈、晾干。
微量實(shí)驗(yàn)中常用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌,使用時(shí)將聚四氯乙烯包覆的攪拌子放入反應(yīng)容器內(nèi),根據(jù)容器大小選擇合適尺寸的攪拌子,以達(dá)到最佳攪拌狀態(tài)。
蒸餾少量有機(jī)物時(shí),一定要選擇合適的蒸餾瓶,如果蒸餾瓶太大,會(huì)降低回收率。如果蒸餾少于0.5g的樣品應(yīng)選用特殊的蒸餾裝置。
少量物質(zhì)的結(jié)晶,應(yīng)采用適當(dāng)?shù)男⌒蛢x器,如試管和小錐形瓶等。可使用玻璃漏斗或帶濾孔板的小漏斗過濾,使用支試管代替吸濾瓶。也可在小離心管內(nèi)進(jìn)行,結(jié)晶完成后進(jìn)行離心分離。
采用在滴管的細(xì)頸部位放入少許脫脂棉作為過濾器的方法也很實(shí)用,先用少量溶劑洗滌脫脂棉,以除去短纖維。用另一滴管將待過濾溶液移入滴管上部,接上橡皮頭,用力擠壓,使溶液經(jīng)脫脂棉過濾,得澄清溶液。若一次擠壓不能把液體全部擠出,可在橡皮頭上扎一小孔,讓空氣進(jìn)入后再次擠壓。
微量實(shí)驗(yàn)的萃取一般都在反應(yīng)瓶中完成,分液時(shí)可用滴管或玻璃注射器移走液體,也可在玻璃注射器內(nèi)進(jìn)行萃取操作。
七、有機(jī)光譜分析的樣品準(zhǔn)備
通過合成或分離獲得的有機(jī)化合物,必須通過光譜鑒定才能確定其化學(xué)結(jié)構(gòu),有機(jī)化學(xué)工作者必須熟練掌握光譜分析的有關(guān)知識(shí)。通過合成獲得的有機(jī)物通常不能直接進(jìn)行光譜分析,必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚怼?/p>
1.紅外光譜的樣品準(zhǔn)備
紅外光譜是一種吸收光譜,是有機(jī)物官能團(tuán)鑒定的有效方法,在有機(jī)物的結(jié)構(gòu)分析中具有重要作用。紅外光譜測(cè)定的樣品通常是固體或液體,通過特殊的裝置也可以測(cè)定氣體的紅外光譜。紅外光譜的測(cè)定比較簡單,通常情況下由學(xué)生自己獨(dú)立操作完成。
一般紅外光譜測(cè)定所需的樣品量為每次5~20mg,樣品應(yīng)充分地精制提純,水分對(duì)紅外光譜的測(cè)定影響較大,樣品需充分干燥。
為了方便測(cè)定有機(jī)物的紅外光譜,必須選擇合適的載體。玻璃、石英以及塑料等具有共價(jià)鍵的化合物通常在紅外區(qū)具有強(qiáng)烈的吸收,不能用來制作樣品載體,必須用離子化合物作載體。金屬鹵化物如氯化鈉、溴化鉀、氯化銀等是經(jīng)常使用的載體材料。將氯化鈉單晶切割成片并磨光,用這種晶片制作樣品窗在整個(gè)紅外區(qū)都沒有吸收,但是氯化鈉單晶容易破碎,而且氯化鈉是水溶性的,樣品必須干燥后才能測(cè)定。
固體粉末和結(jié)晶樣品的分析常用溴化鉀法,即先將樣品與溴化鉀粉末均勻混合后,在模具中加壓制成透明的圓片再進(jìn)行測(cè)定。
將2~4mg樣品在瑪瑙或玻璃研缽中充分粉碎,將200mg干燥的溴化鉀分三次加入研缽中,最初幾次制備樣品時(shí)必須用分析天平稱重,有了一定經(jīng)驗(yàn)后,可以憑經(jīng)驗(yàn)估計(jì)大致的量。繼續(xù)研磨5min左右,由于溴化鉀有吸濕性,很容易吸收大氣中的水分,所以研磨操作應(yīng)迅速,避免吸濕,溴化鉀保存時(shí)也應(yīng)置于干燥器中。研磨時(shí),必須把樣品均勻地分散在溴化鉀中,盡量將它們研細(xì)。顆粒越細(xì),散射光越少,吸光度越大,可以得到很尖銳的吸收峰。研細(xì)后的樣品在特制的模具中加壓制成圓片,不同廠家生產(chǎn)的模具形狀不一,應(yīng)按各自的說明書進(jìn)行操作。不透明或有氣泡的樣品片不能得到滿意的譜圖,應(yīng)重新壓片,壓出半透明狀的薄片。測(cè)定時(shí)把樣品片固定在樣品架里,在參比光路中放入純溴化鉀的壓片。注意移動(dòng)壓好的薄片時(shí)必須使用鑷子,不可用手拿,以免吸水或污染待測(cè)壓片。壓好的溴化鉀壓片保存時(shí)應(yīng)用樣品紙包好,放在干燥器內(nèi)。研磨完樣品的研缽和壓完片的模具要清理干凈,先用水洗去除較多的固體粉末,然后用脫脂棉蘸乙醇或丙酮擦洗幾遍,在紅外燈下干燥,然后進(jìn)行下一個(gè)樣品的制備或放入干燥器保存。
液膜法適用于難揮發(fā)性的液體樣品(沸點(diǎn)約為80℃以上),最簡單的方法是在磨平且拋光的兩塊氯化鈉晶片之間放上一薄層液體,即在一塊晶片的表面滴上一滴液體,然后蓋上第二塊晶片,第二塊晶體的壓力使液體向四面鋪開,在兩塊晶片間形成一層毛細(xì)薄膜。然后將晶片置于特制的支架上,置于光路中進(jìn)行測(cè)定,裝配支架時(shí)不可將螺帽擰得太緊,因?yàn)閴旱眠^緊會(huì)使氯化鈉晶體碎裂。氯化鈉晶片是從大的氯化鈉單晶上切割下來的,價(jià)格較貴,取用時(shí)要小心,用鑷子輕輕夾住晶片的邊緣進(jìn)行操作。不要用手接觸晶片,因?yàn)槭种干系某睔鈺?huì)使磨光的表面損壞,使光無法透過,任何含水溶液的樣品都不能用于鹽窗。測(cè)完光譜后,氯化鈉晶片必須用氯仿、四氯化碳等揮發(fā)性的干燥溶劑洗滌干凈,干燥后保存在干燥器中。
2.核磁共振譜(NMR)
為了獲得準(zhǔn)確的分析結(jié)果,供核磁測(cè)定的樣品應(yīng)盡可能的純凈,送檢樣品純度一般應(yīng)>95%,不得含磁性物質(zhì)(如鐵屑)、灰塵、濾紙毛等雜質(zhì)。當(dāng)樣品中還含有結(jié)構(gòu)不明的組分時(shí),會(huì)給譜圖的解析帶來不必要的麻煩。分析未知樣品時(shí),首先應(yīng)整理已經(jīng)了解到的其他分析數(shù)據(jù),明確用NMR測(cè)定的目的,從而確定樣品濃度、溶劑、溫度等測(cè)定條件。
核磁共振測(cè)定使用的溶劑應(yīng)對(duì)樣品有較強(qiáng)的溶解能力,不干擾樣品的信號(hào),也不與樣品發(fā)生反應(yīng)。經(jīng)常使用的溶劑有氘代氯仿、氘代二甲亞砜、重水、氘代丙酮、氘代苯等。為方便測(cè)定,一般市售的氘代試劑一般都加入了一定濃度的內(nèi)標(biāo)物,常用的內(nèi)標(biāo)物為四甲基硅烷,其化學(xué)位移為0。選擇溶劑應(yīng)考慮溶劑對(duì)樣品的溶解能力,氘代試劑價(jià)格較貴,對(duì)于未知樣品可以先用非氘代試劑測(cè)試溶解度。樣品在氘代試劑中溶解度要好,溶解后溶液均一透明,若有固體微粒必須首先過濾。
在實(shí)際測(cè)試過程中,采用不同的溶劑化學(xué)位移可能有很大變化,氘代的溶劑有時(shí)也會(huì)與樣品中活潑氫發(fā)生交換反應(yīng)。氘代試劑中含有1%的H,就會(huì)產(chǎn)生小的信號(hào),應(yīng)注意與樣品信號(hào)的區(qū)分,為防止啟封的氘代試劑瓶吸濕后會(huì)出現(xiàn)H的信號(hào),應(yīng)將其封好并放入裝有硅膠干燥劑的干燥器中保存。也有已分裝好的氘代試劑出售,用玻璃瓶密封包裝,每瓶0.5mL,使用十分方便。
一般市售的核磁管的規(guī)格為外徑5mm、內(nèi)徑4mm、長180mm,配有聚四氟乙烯或塑料的封蓋。氘代試劑溶解后的樣品體積以在核磁管中高度3~4cm左右為宜(氘代試劑0.5mL),管外不要粘貼標(biāo)簽,以免影響旋轉(zhuǎn),標(biāo)簽紙應(yīng)套在樣品管上。為保證譜圖質(zhì)量,使用前核磁管必須清洗干凈,首先用溶劑或洗滌劑洗凈,再用丙酮清洗,充分干燥,由于核磁管比較細(xì),干燥時(shí)間要長一些,以免殘留溶劑,影響譜圖的解析。
一般用于核磁共振測(cè)定的有機(jī)樣品濃度為:氫譜約10~20mg/0.5mL氘代試劑;碳譜>30mg/0.5mL氘代試劑。測(cè)試氫譜時(shí)濃度太低則噪聲較大、基線不平,濃度太高則譜峰裂分不好。測(cè)試碳譜時(shí)濃度高可縮短測(cè)試時(shí)間,噪聲小,基線平直。高聚物一般不受上述限制,以溶解度最大為好。
樣品管所帶的標(biāo)簽紙上請(qǐng)注明:樣品編號(hào)、所用氘代試劑、測(cè)試要求(如1H,13C,DEPT,COSY,QC,BC等)、樣品的可能結(jié)構(gòu)、送樣人姓名、聯(lián)系方式、送樣日期等。液體核磁通常的掃場(chǎng)范圍為1H:-1~13;13C:-12~230。特殊要求應(yīng)在標(biāo)簽紙上注明,不穩(wěn)定樣品應(yīng)提前與測(cè)試人員預(yù)約。
3.質(zhì)譜
質(zhì)譜分析時(shí)需要熟練的操作技巧,一般由專業(yè)人員進(jìn)行測(cè)定,這里介紹有關(guān)委托分析的注意事項(xiàng)。
混合物的譜圖一般是各單獨(dú)組分譜圖的疊加,符合加成法則,因此質(zhì)譜法也可以分析混合物或混有一些雜質(zhì)的樣品。混合物定量分析時(shí)最主要的問題是分子離子的強(qiáng)度比,有干擾離子存在時(shí)要把樣品做成衍生物或使其分解然后進(jìn)行測(cè)定。解析未知物的構(gòu)造時(shí),碎片離子是非常重要的,希望盡可能地除凈樣品中的雜質(zhì)。
質(zhì)譜測(cè)定的核質(zhì)比大約可到2000,一般有機(jī)物結(jié)構(gòu)解析時(shí)用到500左右,每次測(cè)定所用最少樣品量為:固體、液體約0.1mg(直接進(jìn)樣時(shí)0.01~0.1μg)便可測(cè)定;氣體、易揮發(fā)液體0.1~1mL。委托分析時(shí)準(zhǔn)備樣品量為其十倍以上為宜。
固體樣品,取10mg放到樣品管內(nèi);液體樣品,取10mg左右封存在內(nèi)徑為2mm的毛細(xì)管里;氣體樣品,裝在氣體采樣器中,貼上標(biāo)簽,并填寫委托分析單。委托分析單上應(yīng)注明:樣品號(hào)、單位、姓名、委托日期;樣品中含有的元素、結(jié)構(gòu)式、分子量的估計(jì)值、純度、沸點(diǎn)、熔點(diǎn)以及揮發(fā)性、升華性、吸濕性等;測(cè)定的目的,分子離子、碎片離子、同位素離子、亞穩(wěn)態(tài)離子等,希望測(cè)定某些特定的峰時(shí)也應(yīng)注明。
4.紫外光譜
測(cè)定紫外光譜時(shí)一般是將被測(cè)樣品溶于適當(dāng)?shù)娜軇┲校缓笫⒃谖粘刂袦y(cè)定。
所使用的溶劑能充分地溶解樣品,與樣品沒有相互作用,而且在測(cè)定波長范圍內(nèi)吸收少。各種溶劑可以使用的波長范圍如下:蒸餾水、乙腈、環(huán)己烷大于200nm;甲醇、乙醇、乙醚大于220nm;二烷、氯仿、乙酸大于250nm;二甲基甲酰胺、乙酸乙酯大于270nm;四氯化碳大于275nm,苯、甲苯、二甲苯大于290nm;丙酮、吡啶大于350nm;二硫化碳大于380nm。
被測(cè)樣品的濃度通常采用實(shí)驗(yàn)的方法來確定,首先精確配制0.01mol·L-1濃度的溶液進(jìn)行測(cè)定,若濃度過大則取其一部分稀釋10倍進(jìn)行測(cè)定,直到濃度適宜為止。稀釋溶液時(shí)通常使用20mL的容量瓶及2mL的移液管。配好的樣品溶液必須清澈透明,不能有氣泡或懸浮物質(zhì)存在。
比色皿(吸收池)應(yīng)選擇在測(cè)定波長范圍內(nèi)沒有吸收的材質(zhì)。玻璃比色皿只能用于可見光波長范圍內(nèi);石英比色皿紫外、可見光均可使用,但價(jià)格較貴。用揮發(fā)性強(qiáng)的溶劑時(shí)應(yīng)使用有蓋的比色皿。
樣品溶液移入比色皿前,首先用溶劑洗滌比色皿,然后再用樣品溶液沖洗,清洗時(shí)首先用注射器注入1mL液體,把比色皿各部潤濕后倒掉。最后加入樣品溶液,所加溶液為比色皿高的4/5為宜。
比色皿外側(cè)沾有液體時(shí)可用脫脂棉擦凈。拿比色皿時(shí)應(yīng)只接觸不透光的側(cè)面,不應(yīng)在透光面沾有指紋或異物。
使用過的比色皿應(yīng)在干燥之前進(jìn)行清洗,一般用溶劑進(jìn)行清洗,使用不溶于水的溶劑時(shí)還需進(jìn)一步用丙酮或乙醇清洗。比色皿應(yīng)保存在干燥器中,或者放在有磨口蓋的廣口瓶中并加入酒精或水浸泡吸收池。
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