第三節(jié)　有機(jī)化合物分離與純化技術(shù)

在進(jìn)行有機(jī)制備時(shí)，產(chǎn)物往往與許多其他物質(zhì)（包括反應(yīng)原料、副產(chǎn)物、溶劑等）共存于反應(yīng)體系中，需要從復(fù)雜混合物中分離出所要的產(chǎn)品。因此，掌握有機(jī)化合物的分離純化技術(shù)至關(guān)重要。

一、結(jié)晶與重結(jié)晶

結(jié)晶是物質(zhì)以晶態(tài)的形式從溶液中析出的過(guò)程。重結(jié)晶是指由于初次結(jié)晶或多或少總會(huì)有少量雜質(zhì)，因此需反復(fù)結(jié)晶，這一過(guò)程稱作重結(jié)晶。通過(guò)蒸餾或減壓蒸餾以及色譜分離所得的固體，一般需要再次重結(jié)晶。

結(jié)晶是依據(jù)要純化的固體物質(zhì)與所含雜質(zhì)在同一溶劑中溶解度的不同，使結(jié)晶析出而得到純化。結(jié)晶法往往用于分離純化含少量雜質(zhì)的樣品，但會(huì)對(duì)樣品造成一定量浪費(fèi)。

固體溶解度與溶劑的選擇是影響結(jié)晶法分離純化的一個(gè)主要因素。理想的情況是，被純化的物質(zhì)在室溫時(shí)微溶于所選溶劑，而在較高溫度時(shí)卻相當(dāng)易溶。固體溶解度曲線如圖2-4所示。只有溶解度斜率較大的溶劑才適合于結(jié)晶使用。

結(jié)晶與重結(jié)晶的步驟。

1.固體溶解　按照溶劑選擇的原則，選用合適的溶劑溶解固體，將溶劑盡可能少地多次加入到待純化樣品中，并加熱使大部分樣品溶解。避免在溶劑沸騰后加入樣品，有暴沸的危險(xiǎn)。

2.趁熱過(guò)濾　制備好的熱溶液必須趁熱過(guò)濾，除去不溶雜質(zhì)，以避免在過(guò)濾時(shí)溫度下降而在漏斗中析出。若某物質(zhì)非常易于析出結(jié)晶，寧可將溶液配得稀一些，過(guò)濾后再濃縮。

3.結(jié)晶析出及濾集　將過(guò)濾得到的濾液放置，慢慢冷卻析出晶體。為得到較純物質(zhì)，往往要進(jìn)行2～3次重結(jié)晶，可得到均勻而較好的晶體。

將析出的晶體用減壓過(guò)濾裝置過(guò)濾，收集結(jié)晶。

（1）結(jié)晶的干燥。得到的結(jié)晶往往通過(guò)真空干燥的方式進(jìn)行干燥。

（2）脫色。粗制的有機(jī)化合物往往包含有色雜質(zhì)，在重結(jié)晶時(shí)雜質(zhì)雖可溶于溶劑，但仍有部分被結(jié)晶吸收，因此，最終得到的結(jié)晶往往為有色產(chǎn)物。如果在重結(jié)晶時(shí)，在低溫的溶液中加入少量脫色劑（即活性炭）煮沸5～10min，活性炭即可吸附色素，然后趁熱過(guò)濾，即可得無(wú)色、較純的產(chǎn)品溶液。

使用活性炭脫色時(shí)要注意：樣品溶解后再加活性炭，活性炭不能與樣品一起加熱溶解；待溶液稍冷后再加入活性炭，否則易引起暴沸，使溶液濺出或造成危險(xiǎn)；活性炭的加入量為溶質(zhì)樣品的1%～5%為宜，加入量過(guò)多會(huì)降低溶質(zhì)的收率。

4.減壓過(guò)濾　可采用布氏漏斗、抽濾瓶進(jìn)行減壓過(guò)濾，如圖2-5所示。其優(yōu)點(diǎn)是可避免在過(guò)濾過(guò)程中析出晶體，過(guò)濾過(guò)程迅速、簡(jiǎn)便；缺點(diǎn)是混懸的雜質(zhì)易通過(guò)濾紙。采用熱溶液過(guò)濾時(shí)，若溶劑具有揮發(fā)性，則濾器孔內(nèi)也易析出結(jié)晶，堵塞濾孔。另外，濾過(guò)的熱溶液，在負(fù)壓下易沸騰。

抽濾法過(guò)濾應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

（1）濾紙不應(yīng)大于布氏漏斗的底面，也不能小于底面，應(yīng)與布氏漏斗的底面相符。

（2）吸濾前需用同一溶劑將濾紙濕潤(rùn)后再過(guò)濾，使濾紙緊貼于布氏漏斗底面。

（3）為避免熱過(guò)濾時(shí)在濾孔上析出結(jié)晶，堵塞孔眼，可將布氏漏斗提前放在烘箱預(yù)熱。

二、蒸餾與減壓蒸餾

蒸餾是利用混合物中各組分沸點(diǎn)的不同來(lái)分離純化液體混合物的有效方法。蒸餾主要有普通蒸餾、減壓蒸餾、分子蒸餾、水蒸氣蒸餾和分餾等。

1.普通蒸餾　蒸餾是指將液態(tài)物質(zhì)加熱至沸騰，使其成為蒸汽狀態(tài)，再將其冷凝為液體的過(guò)程。常壓蒸餾可以把揮發(fā)性液體與不揮發(fā)物質(zhì)分開，也可以分離兩種或兩種以上沸點(diǎn)相差較大（至少30℃以上）的液體。

對(duì)于受熱的液體混合物而言，在溶液的相平衡中，蒸汽的組成不同于液體的組成。圖2-6是二組分系統(tǒng)（A+B）典型的蒸汽—液體關(guān)系相圖。圖中，上面的曲線代表蒸汽的組成；下面的曲線代表液體的組成；左邊為純A，沸點(diǎn)為tA；右邊為純B，沸點(diǎn)為tB。水平線代表一恒定溫度。在同一溫度下，液體與蒸汽組成不同，如t溫度下，X代表組分為W的液體與組成為Z的蒸汽達(dá)成平衡。A和B的組成用其在混合物中的物質(zhì)的量百分比表示。

2.共沸蒸餾

（1）共沸蒸餾。一些混合物的蒸餾曲線如圖2-7所示。A+B混合組分在一定溫度條件下可形成共沸混合物，即與液體平衡的蒸汽組分與液體本身的組成相同。共沸混合物不能用常規(guī)的蒸餾方法將各組分分離。但可利用A+B混合組分共沸蒸餾的原理，除去被蒸餾掉的高沸點(diǎn)溶劑。如DMF、DMSO溶劑的去除，可采用加入苯或甲苯以蒸出高沸點(diǎn)溶劑，在溶液濃縮和蒸除方面的應(yīng)用很有意義。

蒸餾裝置如圖2-8所示，由溫度劑、蒸餾瓶、蒸餾頭、冷凝管、接引管、接收瓶等組成。

（2）溫度計(jì)。測(cè)溫使用的溫度計(jì)量程應(yīng)高于溶液沸點(diǎn)10～20℃，但不宜高出太多。溫度計(jì)量程越寬，精確度越差。溫度計(jì)的位置要放在使其溫度計(jì)汞球與蒸餾頭側(cè)支管在同一水平線上。

（3）蒸餾瓶。液體的加入量不應(yīng)超過(guò)蒸餾瓶容積的2/3，以使蒸餾的面積足夠大。蒸餾前，應(yīng)在蒸餾瓶中放入少量沸石或其他類似物（毛細(xì)管），以防暴沸。

（4）冷凝管。蒸餾沸點(diǎn)小于150℃的物質(zhì)時(shí)，選用直形冷凝管。直形冷凝管的長(zhǎng)度取決于蒸餾液體的沸點(diǎn)。沸點(diǎn)越低，蒸汽不易冷凝，故選用長(zhǎng)的冷凝管；沸點(diǎn)越高，蒸汽易冷凝，可選用短的冷凝管。當(dāng)物質(zhì)的沸點(diǎn)＞150℃時(shí)，應(yīng)可選用空氣冷凝管，因?yàn)檎羝麥囟容^高，遇冷循環(huán)水有時(shí)會(huì)發(fā)生炸裂。

（5）加熱浴。有機(jī)物蒸餾不能用明火加熱。一般選用電熱套或加熱浴。低溫（＜85℃）加熱時(shí)可選用水浴加熱；85～200℃時(shí)，可選用油浴；＞200℃時(shí)選用硅油浴、電熱套等。

（6）蒸餾速度。一般情況下，每秒1滴的蒸出速度是合適的。待蒸餾物質(zhì)不能全部蒸干，應(yīng)留少許，以防加熱過(guò)度造成意外。

蒸餾完畢，先停火，再停止通冷凝水，最后拆卸儀器。

3.減壓蒸餾　高沸點(diǎn)的化合物蒸餾時(shí)，常由于強(qiáng)烈的加熱而使化合物發(fā)生分解或沸點(diǎn)太高難以蒸餾，這時(shí)可采用減壓蒸餾，以降低沸點(diǎn)，減少物質(zhì)的分解，增加蒸餾效果。

減壓蒸餾是依據(jù)液體表面分子溢出所需的能量隨外界壓力的降低而降低的原理，因此降低壓力可降低液體的沸點(diǎn)。

減壓蒸餾的裝置如圖2-9所示。減壓蒸餾裝置包括蒸餾燒瓶、Claisen蒸餾頭（克氏蒸餾頭）、起泡管、冷凝管、接收瓶等蒸餾裝置和減壓裝置等，如圖2-9所示。

（1）起泡管。減壓蒸餾時(shí)，需采用一種方法生成小氣泡，以防暴沸。管用的沸石在真空中不起作用。雖然有時(shí)也用微孔沸石防止暴沸，但在多數(shù)真空條件下用起泡管。起泡管穿過(guò)塞子插入液下，上部通過(guò)螺旋夾控制進(jìn)入的空氣量。如果所分離物質(zhì)易氧化，上端可通氮?dú)獗Ｗo(hù)。

（2）蒸餾瓶。液體量不超過(guò)瓶體積的1/3～1/2。

（3）克氏蒸餾頭。一個(gè)插起泡管，一個(gè)插溫度計(jì)。克氏管可在暴沸時(shí)防止液體被帶出。

（4）蒸餾管。多數(shù)情況下選用直形冷凝管，高沸點(diǎn)的液體選用空氣冷凝管。

（5）多頭接引管。采用多頭接引管，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)，可以隨時(shí)接引不同的組分，很方便。

（6）真空裝置。根據(jù)所分離液體的沸點(diǎn)，選用不同真空度大小的真空泵。真空度越高，操作越麻煩，能用水泵則不用油泵。

4.水蒸氣蒸餾　水蒸氣蒸餾法是指將含有揮發(fā)性成分的物質(zhì)與水共蒸餾，使揮發(fā)性成分隨水蒸氣一并蒸餾出，再經(jīng)冷凝分取揮發(fā)性成分的方法。該法適用于具有揮發(fā)性、能隨水蒸氣蒸餾而不被破壞、在水中穩(wěn)定且難溶或不溶于水的藥材成分的浸提。

水蒸氣蒸餾對(duì)被分離有機(jī)化合物的要求是：不溶或微溶于水；可長(zhǎng)時(shí)間與水共沸，不與水反應(yīng)；近100℃時(shí)有一定的蒸汽壓，一般不少于1.33Pa（10mmHg）。

水蒸氣蒸餾是從動(dòng)植物中提取芳香油（揮發(fā)油）、提取含揮發(fā)性成分藥材等天然產(chǎn)物最常用的方法之一。

（1）水蒸氣蒸餾原理。在水蒸氣蒸餾時(shí)，總的蒸汽壓等于水的蒸汽壓與組分的蒸汽壓之和，即P總=P水+PS（組分分壓）。即水蒸氣蒸餾時(shí)，混合物沸騰的溫度要低于水的正常沸點(diǎn)（P總＞P水）。如水的沸點(diǎn)為100℃，甲苯為111℃，當(dāng)兩者混合在一起進(jìn)行水蒸氣蒸餾時(shí)，沸騰溫度為84.6℃，在此溫度下水的蒸汽壓為56.39kPa（424mmHg），甲苯為44.69kPa（336mmHg），兩者之和等于0.1MPa（760mmHg），即當(dāng)時(shí)的大氣壓。

圖2-10表示水（沸點(diǎn)100℃）和溴苯（沸點(diǎn)156℃）兩種不互溶混合物以及兩種化合物的混合蒸汽壓對(duì)溫度關(guān)系的坐標(biāo)。圖中虛線表示混合物應(yīng)在95℃左右沸騰，該溫度的總蒸汽壓等于大氣壓。根據(jù)上述原理，該沸點(diǎn)溫度要低于水的沸點(diǎn)，而在這種混合物中，水是最低沸點(diǎn)組分。因此，要在100℃或更低溫度蒸餾化合物，水蒸氣蒸餾是有效的。

餾出液中被提純物與水的質(zhì)量之比根據(jù)下式計(jì)算：

式中：p——液體的蒸汽分壓；

g——?dú)庀嘞略摻M分的質(zhì)量；

M——組分的相對(duì)分子質(zhì)量。

（2）水蒸氣蒸餾分類。實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的水蒸氣蒸餾可分為兩種：活蒸汽法和直接法。活蒸汽法是指從蒸汽管道中引入“活”的蒸汽，通入盛有有機(jī)化合物的燒瓶；直接法是將盛有化合物和水的燒瓶一起加熱，直接進(jìn)行水蒸氣蒸餾。

①活蒸汽法。活蒸汽法應(yīng)用廣泛，尤其適用于高分子量（低蒸汽壓）的物質(zhì)，此法還可用于揮發(fā)性固體的水蒸氣蒸餾。

活蒸汽法水蒸氣蒸餾的裝置由蒸汽發(fā)生器和蒸餾裝置兩部分組成，如圖2-11所示。這兩部分連接處應(yīng)盡可能緊湊，以防蒸汽通過(guò)較長(zhǎng)管道后部分冷凝。在管道與蒸餾瓶之間接上氣液分離裝置或裝上一個(gè)T形管以除去其中的冷凝水，即在T形管下端連一個(gè)彈簧夾，以便及時(shí)除去冷凝下來(lái)的水滴。

活蒸汽法水蒸氣蒸餾的操作方法：在水蒸氣發(fā)生器中加入2/3容積的蒸餾水，將蒸餾物倒入圓底燒瓶，用量不得超過(guò)燒瓶容積的1/3。檢查裝置是否漏氣；開始蒸餾前，先將螺旋夾打開，加熱水蒸氣發(fā)生器至水沸騰。當(dāng)T形管的支管有水蒸氣沖出時(shí)，把夾子夾緊，使水蒸氣均勻地通入圓底燒瓶中，這時(shí)燒瓶?jī)?nèi)的混合物翻滾不息，有機(jī)物和水的混合物蒸汽經(jīng)過(guò)冷凝管冷凝成乳濁液進(jìn)入接收瓶，控制餾出速度為2～3滴/s。當(dāng)被蒸物質(zhì)全部蒸出后，蒸出液變澄清，此時(shí)不要結(jié)束蒸餾，要再多蒸出10～20ml的透明餾出液方可停止蒸餾。

②直接法。直接法主要用于無(wú)固體存在的混合物蒸餾，該法簡(jiǎn)單，非常適于實(shí)驗(yàn)室操作。直接法水蒸氣蒸餾裝置如圖2-12所示，即將盛有一定量水的分液漏斗置于克氏蒸餾頭上，蒸餾瓶置于熱源上，其他同活蒸汽法蒸餾裝置。

1—安全管　2—T形管　3—銅制水蒸氣發(fā)生器　4—冷凝管

5.分餾　簡(jiǎn)單蒸餾可以分離兩種或兩種以上沸點(diǎn)相差較大的液體混合物。分餾可以分離兩種或兩種以上沸點(diǎn)相差較小或沸點(diǎn)接近的液體混合物。目前最精密的分餾設(shè)備已能將沸點(diǎn)相差1～2℃的混合物分離。

（1）分餾原理。如果將幾種沸點(diǎn)不同又完全互溶的液體混合物加熱，當(dāng)其總蒸汽壓等于外界壓力時(shí)開始沸騰汽化。蒸汽中易揮發(fā)組分所占的比例比原液相中所占的比例要大。若將該氣體凝結(jié)成液體，其中有較多的低沸點(diǎn)組分，根據(jù)這一現(xiàn)象可以把液體混合物中的各組分分離開。

圖2-13是大氣壓下的苯—甲苯體系的沸點(diǎn)組成曲線圖。苯和甲苯的沸點(diǎn)分別是80.10℃和110.63℃。從圖中可以看出，苯20%和甲苯80%組成的液體（L1）在102℃時(shí)沸騰，與此液相平衡的蒸汽（V1）組成約為：苯40%和甲苯60%。若將此組成的蒸汽冷凝成同組成的液體（L2），則與此液相平衡的蒸汽（V2）組成約為：苯70%和甲苯30%。如此多次重復(fù)，即可獲得接近純苯的氣相。

分餾柱分餾的原理是將被蒸餾的混合液體在蒸餾燒瓶中沸騰后，蒸汽進(jìn)入分餾柱，在分餾過(guò)程中部分冷凝成液體。這些液體由于所含的低沸點(diǎn)成分較多，因此沸點(diǎn)也較燒瓶中的液體低。當(dāng)燒瓶中的另一部分蒸汽上升至分餾柱中時(shí)，便和已冷凝的液體進(jìn)行熱交換，使它重新沸騰，而蒸汽自身則部分冷凝，這就又產(chǎn)生了一個(gè)新的液體和蒸汽的平衡。這樣，由于上升蒸汽不斷地在分餾柱內(nèi)凝結(jié)和蒸發(fā)，而每一次的凝結(jié)和蒸發(fā)便將低沸點(diǎn)的成分提高一步。如選擇適當(dāng)?shù)姆逐s柱，則在分餾柱上部出來(lái)的蒸汽經(jīng)冷凝后流出的則是純的低沸點(diǎn)餾出物。

（2）分餾柱的種類。實(shí)驗(yàn)室常用的分餾柱有維氏分餾柱和填充柱氏分餾柱兩種，如圖2-14所示。

維氏分餾柱：在分流少量液體時(shí)，經(jīng)常使用一種柱內(nèi)有許多“鋸齒”的分餾柱，這些“鋸齒”向下傾斜45°角，有利于氣液的分布，高度10～60cm不等。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、黏附的液體較填充柱少，且易裝易洗。缺點(diǎn)是較同樣長(zhǎng)度的填充柱效率低。

填充柱式管狀分餾柱：管直徑2.5～3.5cm，管長(zhǎng)30～60cm。分餾效率主要取決于填料的種類。

（3）分餾裝置。分餾裝置由蒸餾部分、冷凝部分與接收部分組成。蒸餾部分包括蒸餾燒瓶、分餾柱、分餾頭，冷凝與接收部分與簡(jiǎn)單蒸餾一樣。簡(jiǎn)單的分餾裝置如圖2-15所示。

（4）分餾操作。

①將待分餾的混合物加入圓底燒瓶中，加入數(shù)粒沸石。

②采用適宜的熱浴加熱，燒瓶?jī)?nèi)的液體沸騰后要注意調(diào)節(jié)浴溫，使蒸汽慢慢上升，并升至柱頂。

③在開始有餾出液滴出后，記下時(shí)間與溫度，調(diào)節(jié)浴溫使蒸出液體的速率控制在每2～3s流出1滴。

④待低沸點(diǎn)組分蒸完后，更換接收瓶，此時(shí)溫度可能回落。逐漸升高溫度，直至溫度穩(wěn)定。此時(shí)所得的餾分稱為中間餾分。

⑤再換第3個(gè)接收瓶，在第2個(gè)組分蒸出時(shí)有大量餾出液蒸餾出來(lái)，溫度已恒定，直至大部分被蒸出后，柱溫又會(huì)下降。

⑥注意不要蒸干，以免發(fā)生危險(xiǎn)。

6.分子蒸餾　分子蒸餾是一種特殊的液—液分離技術(shù)。它不同于傳統(tǒng)蒸餾依靠沸點(diǎn)差進(jìn)行分離，而是依靠不同物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的差別實(shí)現(xiàn)分離。

分子的重凝聚需要分子間的碰撞，從而使它們轉(zhuǎn)回液面。如果這種碰撞能夠避免，分子就可按照直線方向行進(jìn)，直至它們離開液面。表2-3顯示的是空氣分子的平均自由程（一分子與另一分子遭遇前所行經(jīng)的平均距離）與系統(tǒng)壓力之間的關(guān)系。由表中可見，壓力越小，平均自由程越大，即分子間碰撞的機(jī)會(huì)越少。如系統(tǒng)的真空度能達(dá)到0.133Pa（10-3 mmHg），則分子的平均自由程就可達(dá)到5.6cm以上。同時(shí)使冷凝面非常接近于液面，并使液體熱表面與冷凝面的溫差在100℃以上，就可以不產(chǎn)生重凝聚而只是蒸發(fā)，從而達(dá)到分子蒸餾的目的。

表2-3　空氣自由程與壓力的關(guān)系

圖2-16所示的是一種簡(jiǎn)單的分子蒸餾器。盛放液體的容器底部用油浴加熱，接收器中放4根小管，可以轉(zhuǎn)動(dòng)接收4種餾分。真空度達(dá)到0.133Pa（10-3mmHg）以上，即可按真空蒸餾方法操作。

當(dāng)液體混合物沿加熱板流動(dòng)并被加熱，輕、重分子會(huì)逸出液面而進(jìn)入氣相，由于輕、重分子的自由程不同，因此不同物質(zhì)的分子從液面逸出后移動(dòng)距離不同。若能恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置一塊冷凝板，則輕分子達(dá)到冷凝板被冷凝排出，而重分子達(dá)不到冷凝板沿混合液排出，這樣可達(dá)到物質(zhì)分離的目的。在沸騰的薄膜和冷凝面之間的壓差是蒸汽流向的驅(qū)動(dòng)力，對(duì)于微小的壓力降就會(huì)引起蒸汽的流動(dòng)。

三、萃取

萃取是指從固體或液體混合物中分離出所需的有機(jī)化合物，已廣泛用于有機(jī)產(chǎn)物的純化和少量雜質(zhì)的去除。根據(jù)被萃取物質(zhì)形態(tài)的不同，萃取可分為兩種：液—液萃取和固—液萃取。

1.液—液萃取

（1）液—液萃取原理。該法是利用物質(zhì)在互不相溶的兩相溶劑中溶解度或分配系數(shù)的不同，而使物質(zhì)從一種溶液轉(zhuǎn)移至另一種溶液中，經(jīng)反復(fù)多次萃取，將物質(zhì)提純分離出來(lái)。

此外，還可利用萃取劑與被萃取物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來(lái)得到分離。例如，堿性萃取劑可以從有機(jī)相中移出有機(jī)酸，或從有機(jī)溶劑中除去酸性物質(zhì)；反之，酸性萃取劑可以從混合物中萃取堿性物質(zhì)。這又稱為洗滌。

（2）萃取方法。

①萃取一般在分液漏斗中進(jìn)行。使用分液漏斗前，需在其下部活塞上涂凡士林，然后把分液漏斗放入水中搖蕩，檢查兩個(gè)塞子處是否漏水。確認(rèn)不漏時(shí)再使用。

圖2-17　使用分液漏斗萃取

②進(jìn)行萃取時(shí)，先將漏斗固定在鐵架臺(tái)上的鐵圈中，關(guān)好活塞。取下塞子，從漏斗的上口通過(guò)一個(gè)漏斗將欲萃取的溶液倒入分液漏斗中，然后加入萃取劑，用量一般為溶液的1/3，如圖2-17所示。

③塞緊塞子，取下漏斗，右手握住漏斗口頸，并用右手的手掌頂住塞子；左手握在漏斗活塞處，拇指壓緊活塞，然后把漏斗放平或向下傾斜，小心震蕩，如圖2-18所示。

④開始振蕩時(shí)要慢，振蕩幾次后把漏斗下口向上傾斜，開啟活塞放氣，如圖2-19所示。幾次振蕩、放氣后，把漏斗架在鐵圈上，并把上口塞子上的小槽對(duì)準(zhǔn)漏斗口頸上的通氣孔。

⑤待液體分層后，將兩層液體分開。下層液體由下部支管放出，上層液體應(yīng)由上口倒出。

⑥合并所有萃取液，加入微過(guò)量的干燥劑干燥。去除溶劑后，根據(jù)所得化合物的性質(zhì)，可通過(guò)蒸餾、重結(jié)晶的方法進(jìn)一步分離純化。

（3）乳化現(xiàn)象與破乳。在萃取某些堿性或表面活性較強(qiáng)的物質(zhì)時(shí)（如蛋白質(zhì)、長(zhǎng)鏈脂肪酸、皂苷等），或溶液經(jīng)強(qiáng)烈振蕩后，易出現(xiàn)乳化現(xiàn)象，使溶液不能分層或不能很快分層。遇到乳化現(xiàn)象，可采取以下措施進(jìn)行處理。

①長(zhǎng)時(shí)間靜置。

②利用鹽析效應(yīng)。在水溶液中先加入一定量的電解質(zhì)如氯化鈉或飽和食鹽水溶液，以提高水相的密度，同時(shí)又可減少有機(jī)物在水相中的溶解度。

③滴加數(shù)滴醇類化合物，改變表面張力。

④加熱破壞乳狀物（注意防止易燃溶劑著火）。

⑤過(guò)濾，除去少量的輕質(zhì)固體，必要時(shí)可加入少量吸附劑，濾除絮狀固體。

⑥如在萃取含有表面活性劑的溶液時(shí)形成乳狀溶液，在實(shí)驗(yàn)條件允許時(shí)，可小心地改變?nèi)芤簆H，使之分層。

⑦當(dāng)遇到某些有機(jī)堿或弱酸的鹽類，因在水溶液中能發(fā)生一定程度的解離，很容易被有機(jī)溶劑萃取出水相。為此，在溶液中要加入過(guò)量的酸或堿，既能破壞水解又能達(dá)到順利萃取的目的。

⑧遇到輕度乳化，可將溶液在分液漏斗中輕輕旋搖，或緩慢攪拌，這對(duì)破乳會(huì)有一定幫助。

（4）液體干燥。萃取的溶劑中往往會(huì)混入水分。溶解在溶劑中的水量隨溶劑的不同而不同。例如，乙酸乙酯能混入相當(dāng)多的水，乙醚中可混入其重量1.5%的水。為此，在蒸掉溶劑和進(jìn)一步提純所提物質(zhì)之前，常常需要從有機(jī)層除去水分，即需要加干燥劑。表2-4列出了常用干燥劑的一般應(yīng)用范圍。

表2-4　常用干燥劑的一般應(yīng)用范圍

一般把干燥劑放入溶液或液體中一起振蕩或攪拌，放置一定時(shí)間，將溶液和干燥劑分離。在實(shí)際操作中，10ml的溶液需加0.5～1g干燥劑。

2.固—液萃取　固—液萃取是利用固體物質(zhì)在溶劑中的溶解度不同來(lái)達(dá)到分離提純的目的。固—液萃取法采用浸出法或加熱萃取法。超臨界流體萃取法是近年來(lái)蓬勃發(fā)展的一種工業(yè)固—液分離技術(shù)。

（1）浸出法。浸出法是將溶劑對(duì)固體進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間浸漬，使易溶解的物質(zhì)與難溶物質(zhì)加以分離的方法。

（2）熱萃取法。實(shí)驗(yàn)室常用加熱回流法和索氏萃取器來(lái)萃取和分離有機(jī)化合物。索氏萃取器是通過(guò)溶劑回流及虹吸現(xiàn)象，使固體物質(zhì)連續(xù)多次被純凈的溶劑所萃取，效率極高，又節(jié)省溶劑，如圖2-20所示。對(duì)于受熱易分解或變色的物質(zhì)不宜采用索氏萃取器進(jìn)行萃取。用高沸點(diǎn)溶劑進(jìn)行萃取時(shí)，也不易使用索氏萃取器。

在進(jìn)行萃取前，先將濾紙卷成直徑略小于萃取筒的柱狀紙筒，并用線扎緊。在紙筒中，放入研細(xì)的欲萃取固體，輕輕壓實(shí)，蓋上濾紙，放入萃取筒中；然后開始加熱，使溶劑沸騰，蒸汽沿玻璃管上升，被冷凝管冷凝為液體，再滴入萃取器中。待萃取筒中的溶劑面超過(guò)虹吸管上端后，萃取液自動(dòng)流入加熱瓶中；再蒸發(fā)溶劑，循環(huán)，使循環(huán)物富集于燒瓶中。一般需要數(shù)小時(shí)才能完成萃取。

（3）超臨界流體萃取法。利用超臨界流體為萃取劑的萃取操作稱為超臨界流體萃取。超臨界流體對(duì)脂肪酸、生物堿、醚類、酮類、甘油酯等具有特殊的溶解作用，可用于上述物質(zhì)的分離。超臨界流體萃取已成功地應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、香料等生物產(chǎn)品的分離過(guò)程，成為一種新興的工業(yè)分離技術(shù)。

一般物質(zhì)均具有其固有的臨界溫度和臨界壓力，在壓力—溫度相圖上稱為臨界點(diǎn)。在臨界點(diǎn)以上，物質(zhì)處于既非液態(tài)也非氣態(tài)的超臨界狀態(tài)，稱為超臨界流體。圖2-21為臨界點(diǎn)附近的P—T相圖。圖中，斜線所示的范圍為超臨界狀態(tài)。不同物質(zhì)的超臨界參數(shù)見表2-5。

由于超臨界流體黏度小、自擴(kuò)散系數(shù)大，所以可迅速滲透到物體內(nèi)部而溶解目標(biāo)物質(zhì)，快速達(dá)到萃取平衡。這是超臨界流體作為萃取劑優(yōu)于液體的主要特點(diǎn)，這在萃取固體內(nèi)的有用成分時(shí)尤為重要。

表2-5　部分超臨界流體萃取劑的臨界參數(shù)

影響物質(zhì)在超臨界流體中溶解度的主要因素為溫度和壓力。根據(jù)萃取過(guò)程中超臨界流體的狀態(tài)變化和溶質(zhì)分離回收方式的不同，超臨界流體萃取操作主要分為等溫法、等壓法和吸附法，如圖2-22所示。

圖2-22（a）中所示的等溫法是通過(guò)改變操作壓力實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)的萃取和回收，操作溫度保持不變。溶質(zhì)在萃取槽中被高壓（高密度）流體萃取后，流體經(jīng)過(guò)膨脹閥使壓力下降，溶質(zhì)的溶解度降低，在分離槽中析出，萃取劑則經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后返回萃取槽循環(huán)使用。

圖2-22（b）中所示的等壓法是通過(guò)改變操作溫度實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)的萃取和回收。如果在操作壓力下溶質(zhì)的溶解度隨溫度升高而下降，則萃取流體經(jīng)加熱器加熱后進(jìn)入分離槽，析出目標(biāo)溶質(zhì)。萃取劑則經(jīng)冷卻器冷卻后返回萃取槽循環(huán)使用。

圖2-22（c）中所示的吸附法是利用選擇性吸附（吸收）目標(biāo)產(chǎn)物的吸附（吸收）劑回收目標(biāo)產(chǎn)物，有利于提高萃取的選擇性。

四、升華

升華是利用固體物質(zhì)具有較高蒸氣壓時(shí)，不經(jīng)熔融狀態(tài)直接變成蒸氣，蒸氣遇冷，再直接變成固體，實(shí)現(xiàn)與固體混合物分離的方法。

升華是物質(zhì)自固態(tài)不經(jīng)過(guò)液態(tài)直接轉(zhuǎn)化為蒸氣的現(xiàn)象。一般而言，對(duì)稱性較高的固態(tài)物質(zhì)具有較高的熔點(diǎn)，且在熔點(diǎn)溫度以下具有較高的蒸氣壓，易于用升華的方法來(lái)提純。

物質(zhì)的固、液、氣三相圖如圖2-21所示。OA曲線表示固相和氣相之間平衡時(shí)的溫度和壓力。在三相點(diǎn)以下可進(jìn)行升華操作。部分易升華固體物質(zhì)在其熔點(diǎn)時(shí)的蒸氣壓見表2-6。

表2-6　部分易升華固體物質(zhì)的蒸氣壓

1.常壓升華　最常見的常壓升華裝置如圖2-23（a）所示，即在蒸發(fā)皿中放入要升華的物質(zhì)，蒸發(fā)皿上蓋一張穿有密集小孔的濾紙，濾紙上再倒扣一個(gè)與蒸發(fā)皿口頸合適的玻璃漏斗，漏斗的頸部塞有棉花或玻璃棉以防蒸氣溢出。在砂浴上緩緩加熱，將溫度控制在被提純物的熔點(diǎn)以下，使其慢慢升華，此時(shí)被升華的物質(zhì)就會(huì)黏附在濾紙上，或是黏附在小孔四周甚至凝結(jié)在漏斗壁上，然后將產(chǎn)品用刮刀從濾紙上輕輕刮下，放在干凈的表面皿上，即得到純凈產(chǎn)物。

在常壓下升華除用上述裝置外，也可以使用圖2-23（b）所示裝置，兩者均可得到滿意的結(jié)果。升華完成后，把中央的管子從裝置中取出，收集聚在冷表面上的物質(zhì)。為避免集聚的結(jié)晶掉落，取出管子時(shí)必須小心。用刮匙刮下集聚的晶體即可。

2.減壓升華　減壓升華特別適合于常壓下蒸氣壓不大或受熱易分解物質(zhì)的精制，裝置如圖2-23（c）所示。將預(yù)升華的物質(zhì)放入吸濾管底部，然后在吸濾管中裝一“指形”冷凝管并用橡皮塞塞緊，接通水源，然后把吸濾管放入油浴或水浴中加熱，利用水泵或油泵進(jìn)行抽氣，使其升華。升華物質(zhì)蒸氣因受冷凝水冷卻，就會(huì)凝結(jié)在“指形”冷凝管的底部。

減壓升華完成后，在釋放壓力時(shí)應(yīng)非常小心，以防結(jié)晶被空氣流吹走。

升華法操作溫度低，往往可以得到很純的物質(zhì)，適宜于制備無(wú)水物或分析用試劑。但能夠用升華法萃取的有機(jī)化合物種類有限，且操作時(shí)間長(zhǎng)，只適用于少量操作。

思考題

1.選擇分析方法的原則是什么？

2.常用的儀器分析方法有哪些？簡(jiǎn)述其分析原理。

3.簡(jiǎn)述蒸餾、減壓蒸餾、分餾的異同點(diǎn)。

4.簡(jiǎn)述萃取的操作過(guò)程。

5.超臨界流體萃取的原理是什么？