2.5　干燥方法及儀器

2.5.1　干燥的方法

（1）加熱烘干　急需用的儀器可放于烘箱內(nèi)干燥（控制在105℃左右），也可倒置在玻璃儀器上烘干，一些常用的燒杯、蒸發(fā)皿可置石棉網(wǎng)上小火或用電爐烤干。

（2）晾干和吹干　不急用的洗凈儀器可倒置于干燥處，任其自然晾干。帶有刻度的計(jì)量器或小體積燒瓶等，可加入少許易揮發(fā)的有機(jī)溶劑（最常用的是乙醇或丙酮），傾斜并轉(zhuǎn)動(dòng)儀器，傾出溶劑。溶劑淋洗后的儀器，很快揮發(fā)而干燥。如用吹風(fēng)機(jī)，則干得更快。用此法時(shí)，玻璃儀器內(nèi)的水應(yīng)完全流盡。加入的乙醇或丙酮的量不宜多，用后倒回廢液容器中。

（3）氣流烘干器　與烘箱相比具有快速、方便的特點(diǎn)，將洗凈的玻璃儀器插到氣流管上，使用時(shí)打開電源開關(guān)即可。常用的烘干設(shè)備見圖2-10。

2.5.2　干燥及干燥劑的使用

干燥是指除去附著在固體或混雜在液體或氣體中的少量水分，也包括除去少量溶劑。例如：有機(jī)化合物在進(jìn)行波譜分析或定性、定量化學(xué)分析之前以及固體有機(jī)物在測(cè)熔點(diǎn)前，都必須使其完全干燥，否則將會(huì)影響結(jié)果的準(zhǔn)確性；液體有機(jī)物在蒸餾前也常要先進(jìn)行干燥以除去水分，這樣可以使液體沸點(diǎn)以前的餾分大大減少，有時(shí)也是為了破壞某些液體有機(jī)物與水生成的共沸混合物；另外很多有機(jī)化學(xué)反應(yīng)需要在“絕對(duì)”無水條件下進(jìn)行，不但所有的原料及溶劑要干燥，而且要防止空氣中潮氣浸入反應(yīng)容器。因此，干燥是最常用且十分重要的基本操作。

有機(jī)化合物的干燥方法大致可分為物理方法和化學(xué)方法兩種。物理方法是不加干燥劑采用吸附、分餾、共沸蒸餾等方法帶走水分，近年來還常用離子交換樹脂和分子篩等來進(jìn)行脫水干燥。化學(xué)方法，就是用干燥劑來進(jìn)行脫水，是實(shí)驗(yàn)室常用的方法。

2.5.3　選用干燥劑的原則

① 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。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。

② 干燥劑不能與待干燥的液體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。如無水氯化鈣與醇、胺類易形成配合物，因而不能用來干燥這兩類化合物；又如堿性干燥劑不能干燥酸性有機(jī)化合物。

③ 干燥劑不能溶解于所干燥的液體。

2.5.4　液體干燥劑的類型

按脫水方式不同可分為三類：

① 金屬鈉、P2O5、CaO等通過與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成新化合物而起到干燥除水的作用。前兩類干燥劑干燥的有機(jī)液體，蒸餾前須濾除干燥劑，否則吸附或結(jié)合的水經(jīng)加熱又會(huì)放出而影響干燥效果；第三類干燥劑在蒸餾時(shí)不用濾除。

② 硅膠、分子篩等物理吸附干燥劑。

③ 氯化鈣、硫酸鎂、碳酸鎂等通過可逆的與水結(jié)合，形成水合物而達(dá)到干燥目的。

2.5.5　液態(tài)有機(jī)化合物的干燥

常用的干燥劑種類很多，選用時(shí)必須注意以下幾點(diǎn)。

① 液態(tài)有機(jī)化合物的干燥，通常是將干燥劑加到液態(tài)有機(jī)化合物中。故所用的干燥劑必須不與有機(jī)化合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和催化作用。酸性化合物不能用堿性化合物作干燥劑、堿性化合物不能用酸性化合物作干燥劑。有些干燥劑能與被干燥的有機(jī)物生成配合物，如氯化鈣易與醇、胺類化合物形成配合物，所以不能用氯化鈣來干燥醇、胺類化合物。

② 堿性干燥劑如氧化鈣、氫氧化鈉能催化某些醛或酮發(fā)生縮合反應(yīng)、自動(dòng)氧化反應(yīng)，也可使酯或酰胺發(fā)生水解反應(yīng)。所以在選用干燥劑時(shí)應(yīng)注意其應(yīng)用范圍。

③ 通常第一類干燥劑形成水合物需要一定的平衡時(shí)間、加入干燥劑后必須放置一段時(shí)間才能達(dá)到脫水效果。

④ 已吸水的干燥劑受熱后會(huì)脫水，其蒸汽壓隨著溫度的升高而增加。所以，對(duì)已干燥的液體在蒸餾之前必須把干燥劑濾去。

2.5.6　干燥劑的用量

掌握好干燥劑的用量是很重要的。若用量不足，則不能達(dá)到干燥的目的；若用量太多，則由于干燥劑的吸附而造成液體有機(jī)物的損失。

干燥劑的理論用量是根據(jù)水在液體有機(jī)物中的溶解度和干燥劑的吸水容量來計(jì)算的。如室溫時(shí)，水在乙醚中的溶解度約為1%～1.5%，若用無水氯化鈣來干燥100mL含水的乙醚，全部轉(zhuǎn)變成CaCl2·6H2O，其吸水容量為0.97，也就是說1g無水氯化鈣可吸收約0.97g水，這樣，可以計(jì)算出無水氯化鈣的理論用量至少為1～15g。若不能查到水在液體有機(jī)物中的溶解度，則可以液體有機(jī)物在水中的溶解度來推測(cè)干燥劑用量，難溶于水的液體有機(jī)物，水在它里面的溶解度亦不會(huì)大；或根據(jù)液體有機(jī)物的結(jié)構(gòu)來估計(jì)干燥劑的用量，水在極性有機(jī)物中的溶解度較大，有機(jī)分子中含有親水性的基團(tuán)時(shí)，水在其中的溶解度亦較大。

干燥劑的實(shí)際用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過理論用量。這是因?yàn)橐后w有機(jī)物的干燥是一個(gè)可逆過程。液體有機(jī)物中的水分不可能完全除盡，另外要達(dá)到最高水合物需要的時(shí)間很長(zhǎng)，往往不可能達(dá)到應(yīng)有的吸水容量。所以，干燥100mL含水乙醚時(shí)無水氯化鈣的實(shí)際用量是7～10g。一般對(duì)含親水性基團(tuán)的有機(jī)物（如醇、醚、胺等），所用干燥劑用量要多些；不含親水性基團(tuán)的有機(jī)物（如烴、鹵代烴等），干燥劑用量可過量少些。

一般干燥劑的用量為每10mL液體有機(jī)物約需0.5～1g。出于含水量不等、干燥劑質(zhì)量的差異、干燥劑顆粒大小和干燥時(shí)的溫度不同等因素，較難規(guī)定具體數(shù)量，上述數(shù)量?jī)H供參考。干燥前，液體呈渾濁狀，經(jīng)干燥后變成澄清。但液體澄清，并不一定表明水分已完全除去，這與水在該液體中的溶解度有關(guān)。對(duì)于烴類、鹵代烴等加干燥劑后變澄清，表明水分基本除去，可不必再加干燥劑。而對(duì)于醇、醚、胺等液體經(jīng)加干燥劑振搖后澄清，通常需再加些干燥劑，并放置一段時(shí)間，且不時(shí)振搖，最好靜置過夜，以確保干燥完全。

2.5.7　液態(tài)有機(jī)化合物干燥的操作

液態(tài)有機(jī)化合物的干燥操作一般在干燥的錐形瓶?jī)?nèi)進(jìn)行，按照條件選定適量的干燥劑投入液體有機(jī)物里（干燥劑的顆粒大小要適宜，顆粒太大吸水很慢，且干燥劑內(nèi)部不起作用；顆粒太小比表面積太大，吸附有機(jī)物甚多）。塞緊（用金屬鈉作干燥劑時(shí)例外，此時(shí)塞中應(yīng)插入一個(gè)無水氯化鈣管，使氫氣放空而水氣不致進(jìn)入），振蕩片刻，靜置，使所有的水分全被吸去。若干燥劑用量太少，致使部分干燥劑溶解于水時(shí)，可將干燥劑濾出，用吸管吸出水層，再加入新的干燥劑，放置一定時(shí)間。至澄清為止，過濾后，進(jìn)行蒸餾精制。

2.5.8　固體有機(jī)化合物的干燥

固體有機(jī)化合物的干燥，主要是除去殘留在固體上的少量水分和有機(jī)溶劑。由于固體有機(jī)化合物的揮發(fā)性較溶劑小，所以可采用蒸發(fā)和吸附的方法來達(dá)到干燥的目的。蒸發(fā)的方法有自然晾干和加熱干燥。吸附的方法是使用裝有各種類型干燥劑的干燥器進(jìn)行干燥。

（1）自然晾干　這是最簡(jiǎn)便、最經(jīng)濟(jì)的干燥方法。把待干燥的固體有機(jī)物放在表面皿或其他敞口容器中，攤開成薄層，上面用濾紙覆蓋，以防灰塵落入，讓其在空氣中慢慢晾干，應(yīng)注意的是被干燥的固體有機(jī)物應(yīng)該是穩(wěn)定、不分解、不吸潮的。

（2）加熱干燥　為了加快干燥，對(duì)于熔點(diǎn)較高、遇熱不分解的固體有機(jī)物，可使用烘箱或紅外燈干燥。加熱溫度應(yīng)低于固體有機(jī)化合物的熔點(diǎn)，隨時(shí)加以翻動(dòng)，不能有結(jié)塊現(xiàn)象。

（3）干燥器干燥　對(duì)易分解或升華的固體有機(jī)化合物，不能用上述方法干燥，應(yīng)放在干燥器內(nèi)干燥。干燥器有普通干燥器、真空干燥器和真空恒溫干燥器。

① 普通干燥器。蓋與缸身之間的平面經(jīng)過磨砂處理，在磨砂處涂以潤(rùn)滑脂，使之密閉。缸中有多孔瓷板，瓷板下面放置干燥劑，上面放置盛有待干燥樣品的表面皿等。由于干燥樣品所費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，干燥效率不高，一般用于保存易吸潮固體。

② 真空干燥器。它的干燥效率比普通干燥器高。它與普通干燥器不同之處是干燥器的頂部有玻璃活塞，與抽氣泵相連抽真空。干燥器內(nèi)壓力降低，提高了干燥效率。新干燥器使用前必須試壓，檢驗(yàn)是否耐壓，試壓時(shí)用鐵絲網(wǎng)或布包住干燥器，以備玻璃炸裂時(shí)不會(huì)飛濺傷人。真空度不宜太高，以防干燥器炸裂。抽完真空后，關(guān)上干燥器的玻璃活塞。開啟干燥器取樣時(shí)，先解除干燥器內(nèi)真空，打開玻璃活塞放入空氣的速度宜慢不宜快，以免吹散被干燥的物質(zhì)。

③ 真空恒溫干燥器。干燥效率高，尤其用于除去結(jié)晶水或結(jié)晶醇，此法更好。但這種方法只能適用于小量樣品的干燥（如被干燥化合物數(shù)量多，可采用真空恒溫干燥箱）。使用時(shí)，將盛有樣品的小瓶放在夾層內(nèi)，連接盛有P2O5的曲頸瓶，然后減壓至可能的最高真空度時(shí)，停止抽氣，關(guān)閉活塞。加熱溶劑（溶劑的沸點(diǎn)切勿超過樣品的熔點(diǎn)），回流，令溶劑的蒸氣充滿夾層的外層。這時(shí)，夾層內(nèi)的樣品就在減壓恒溫情況下被干燥。在干燥過程中，每隔一定時(shí)間應(yīng)抽氣保持應(yīng)有的真空度。

2.5.9　幾種常用氣體的干燥

在有機(jī)分析和合成中，常用的氣體有氮、氧、氫、氯、氨、二氧化碳等。有時(shí)對(duì)這些氣體的純度要求很嚴(yán)，需用干燥劑吸收氣體中的水分。盛放干燥劑的儀器有干燥管、U形管、干燥塔和各種不同形式的洗氣瓶。前三種用來裝固體干燥劑，后者裝液體干燥劑。根據(jù)被干燥氣體的性質(zhì)、用量、潮濕程度以及反應(yīng)條件選擇不同的儀器。

化學(xué)干燥劑可分為兩類：一類是與水可生成水合物，如硫酸、氯化鈣、硫酸銅、硫酸鈉、硫酸鎂和氯化鎂等；另一類是與水反應(yīng)后生成其他化合物，如五氧化二磷、氯化鈣、金屬鈉、金屬鎂、金屬鈣和碳化鈣等。必須注意的是有些化學(xué)干燥劑是一種酸或與水作用后變?yōu)樗岬奈镔|(zhì)，也有一些化學(xué)干燥劑是堿或與水作用后變?yōu)閴A的物質(zhì)，在使用這些干燥劑時(shí)應(yīng)考慮到被干燥物的酸堿性質(zhì)。應(yīng)用中性鹽類作干燥劑時(shí)，如氯化鈣能與多種有機(jī)物形成分子復(fù)合物，也要加以考慮。因此在選擇干燥劑時(shí)，首先應(yīng)了解干燥劑和被干燥物的化學(xué)性質(zhì)是否相容。干燥劑及干燥適用條件見表2-3～表2-6。