分析化学中常用的分离方法和生物试样的前处理

第二十一章 分析化学中常用的分 离方法和生物试样的前处理 分离的意义： 消除干扰、富集微量待测组分 . 对分离的要求： 1）干扰组分应减小至不再干扰被测组分的测定； 2）被测组分在分离过程中的损失要小到可以不计。 A A 100% A R 分离后 的测定值 样品中 的总量 被测组分 A的回收率（ RA）： 气液分离 ： 挥发和蒸馏 克氏定氮法， Cl2预氧化 I-法 液液分离 螯合物萃取 离子缔合物萃取 三元络合物萃取 支撑型液膜 乳状液型液膜 生物膜 萃取分离 液膜分离 其他分离方法 ： 萃淋树脂、螯合树脂、浮选、 色谱分离法 分 离 方 法 固液分离 沉淀分离 离子交换分离 氢氧化物： NaOH、 NH3 硫化物： H2S 有机沉淀剂： H2C2O4，丁二酮肟 阳离子交换树脂 阴离子交换树脂 固相萃取 气固分离 -超临界流体萃取 挥发和蒸馏分离法 利用有些物质所具有的挥发性或低沸点的 特性，用挥发的方法或蒸馏的方法将它们 与干扰物质进行分离 对非金属元素特别有效 沉淀分离法 无机沉淀剂沉淀分离法 有机沉淀剂沉淀分离法 共沉淀分离和富集 氢氧化物沉淀 NaOH法 可使两性氢氧化物 (Al,Ga,Zn,Be,CrO2,Mo,W,GeO32-, V, Nb,Ta ,Sn,Pb等 )溶解而与其它氢氧化物 (Cu, Hg, Fe, Co, Ni, Ti. Zr, Hf, Th, RE等 )沉淀分离 氨水 -铵盐缓冲法 控制 pH值 8 10，使高价离子沉淀 (Al, Sn等 ), 与一、二价 离子 (碱土金属，一、二副族 )分离 ZnO悬浊液法 控制 pH 6, 定量沉淀 pH6以下能沉淀完全的金属离子 有机碱法 六次甲基四胺，吡啶，苯胺等有机碱与其共轭酸组成溶液 控制溶液的 pH值 无机沉淀剂沉淀分离法 金属硫化物沉淀 控制酸度 ， 溶液中 S2-不同 ， 根据溶度积 ， 在不同酸度 析出硫化物沉淀 , As2S3, 12M HCl; HgS, 7.5M HCl; CuS, 7.0M HCl; CdS, 0.7M HCl; PbS, 0.35M HCl; ZnS, 0.02M HCl; FeS, 0.0001M HCl; MnS,0.00008 M HCl 有机沉淀剂 草酸 : 沉淀 Ca, Sr, Ba, RE, Th 铜铁试剂 (N-亚硝基苯基羟铵 ): 强酸中沉淀 Cu,Fe,Zr,Ti,Ce.Th,V,Nb,Ta等，微酸中沉 淀 Al,Zn,Co,Mn,Be,Th,Ga,In,Tl等。主要用于 1:9的硫 酸介质中沉淀 Fe(III),Ti(IV),V(V)等与 Al,Cr,Co,Ni分离 铜试剂 (二乙胺基二硫代甲酸钠， DDTC) 沉淀 Cu,Cd,Ag,Co,Ni,Hg.Pb.Bi,Zn等重金属离子，与 稀土、碱土金属离子及铝等分开 共沉淀分离法 无机共沉淀剂进行共沉淀 有机共沉淀剂进行共沉淀 利用表面吸附进行痕量组分的共沉淀富集 , 选择性不高。 共沉淀剂为 Fe(OH)3, Al(OH)3等胶状沉淀 , 微溶性的硫化 物，如 Al(OH)3作载体共沉淀 Fe3 +,TiO2+; HgS共沉淀 Pb2+ 利用生成混晶进行共沉淀，选择性较好，如硫酸铅 -硫酸 鋇，磷酸铵镁 -砷酸铵镁等 利用胶体的凝聚作用进行共沉淀 , 如动物胶、丹宁 离子缔合共沉淀，如甲基紫与 InI4-。 利用“固体萃取剂”进行共沉淀，例 1-萘酚的乙醇溶液中， 1- 萘酚沉淀，并将 U(VI)与 1-亚硝基 -2-萘酚的螯合物共沉淀下来。 溶剂萃取分离法 基本原理 依据 : “相似相溶” , 物质在极性不同的溶剂中 溶解度不同 . 水 : 极性 , 离子型化合物 (亲水性 )易溶 . 有机溶剂 (丙酮 ,CHCl3,CCl4,苯 ): 有机化合物 (疏水性 )易溶 . 萃取 : 将亲水性物质转化成疏水性化合物而 进入有机相 . 反萃取 : 恢复亲水性 ,再回到水相 . 分配平衡 示意图 1. 分配系数 在一定温度下 ,浓度不太大时 ,KD为常数 ,称 分配定律。 w o A 有机相 A 水相 W D O A A K 中性分子 1 D W O( A ) ( A ) a K a 严格说： 2. 分配比 例： 有 I-存在时 , I2在 CCl4 H2O中的分配 12 1WW 2 W O O O(A ) A + A += (A ) A + A + c D c 2 W OO D I ( I 22 23 W 2 )W I I I I I ( 1 I = ) KD 23( I I I , 7 1 0 ) lgKD lgD lgI- D D - - -I ( I ) 2 -I ( I ) 2 1 1I 1 , , I 1 , , DK DK 当则 当则 3. 萃取率 100%DE DR WO W O W OO O O W W OO O O W WO OW 100% / 100% / 100% / cV c V c V cV c V c V cV c V c V D D V V 相比 R 100%E 被萃取物在有机相中的总量 被萃取物总量 在不同 KI浓度下的 I2在 CCl4-H2O体系中的 D和 E (R =1) lgI- 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 lgD -1.1 0.013 0.98 1.68 1.90 1.93 1.94 D 0.079 1.03 9.5 47.9 79.4 85.1 87.1 E 7.7 50.8 90.5 98.0 98.8 98.85 98.85 相比确定时 , 分配比 D 越大 , 萃取率 E 越高。 若 D=5， R=1 时， 一次萃取率 E = 83% 若 D=5， R=1/3 时，一次萃取率 E = 94% 若 D=5， R=1 时， 三次总萃取率 E = 99.5% 用同量溶剂多次萃取效果好 O O W W1 0 0 % 1 0 0 % )/ (/ DE R V V D D D V V R 萃取次数与萃取率的关系 溶剂萃取的主要类型 配合物萃取体系 离子缔合物萃取体系 三元配合物萃取体系 色谱分离法 色谱是一种多级分离技术基于被分离物质分子在两相 （一为固定相，一为流动相）中分配系数的微小差别 进行分离。 固定相 流动相 色谱柱 被分离组分 原理： 根据溶质 A在流动相与固定相（纸纤维中吸着 的水分）中的分配系数不同，流动相因毛细现象 沿纸上升， KD大的前进慢， KD小的上升快，因而 溶质得到分离。 纸色谱法 D A A K 固 定 相 流 动 相 固定相 滤纸上的吸附水 流动相 溶剂（乙醇、丙醇、丙酮及与水不相溶 的溶剂） 纸色谱示意图 Rf 0.02， A、 B可分离 . 1 2 f 1 f 2 f x R y x R y x R y 比移值 溶剂前沿 起始线 （原点） 展开剂 y x 2 x1 层析缸 层 析 纸 与标样比较可定性鉴定 薄 层 板 玻璃板 上涂吸附剂层 SiO2 Al2O3 上行法 薄层板 层 析 缸 展开剂 层 析 缸 展开剂 滤纸条 下行法 薄层板 薄层色谱法 薄层色谱法点样及展开过程 展 开 后 的 薄 层 板 离子交换分离法：利用离子交换剂与溶液 中的离子之间发生的交换反应进行分离的 方法 。 离子交换分离法 离子交换树脂 离子交换树脂的种类 特种树脂 螯合树脂 大孔树脂 萃淋树脂 纤维素交换剂 阳离子交换树脂 阴离子交换树脂 强酸性阳离子交换树脂 弱酸性阳离子交换树脂 R-SO3H树脂 , 如国产 732 R-COOH, R-OH 树脂 强碱性阴离子交换树脂 弱碱性阴离子交换树脂 R4 N+Cl- 树脂 -NH2, -NHR, -NR2 树脂 离子交换树脂的结构与性质 CHCH 2 CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH S O 3 H CH CH 2CH 2CH 2CH 2CH CH 2 C H S O 3 H C H C H 2 S O 3 H n n C H C H 2 C H C H 2 C H C H 2 + 高分子聚合物，具有网状结构，稳定性好。在网状结构 的骨架上连接有活性基团，如 -SO3H, -COOH,-N(CH3)3Cl 等，它们可以与溶液中的离子进行交换。 离子交换的过程： R-SO3H + Na+ R-SO3Na + H+ R-N(CH3)3Cl + OH- R-N(CH3)3OH + Cl- 交联度 : 树脂合成中 ， 二乙烯苯为交联剂 ， 树脂中含 有二乙烯苯的百分率就是该树脂的交联度 。 交联度小 ， 溶涨性能好 ， 交换速度快 ， 选 择性差 ， 机械强度也差； 交联度大的树脂优缺点正相反 。 一般 414 适宜 。 交换容量 : 每克干树脂所能交换的物质的量 (mmol)。 一般树脂的交换容量 36mmol/g。 离子在离子交换树脂上的交换能力 ， 与离子的水 合离子半径 、 电荷与离子的极化程度有关 。 离子交换树脂的亲合力 强酸性阳离子交换树脂 Li+ H+ Na+ NH4+ K+ Rb+ Cs+ Ag+ Tl+ U(VI) Mg2+ Zn2+ Co2+ Cu2+ Cd2+ Ni2+ Ca2+ Sr2+ Pb2+ Ba2+ Na+ Ca2+ Al3+ Th4+ 对于弱酸性阳离子交换树脂， H 的亲合力大于阳离子 水合离子半径 ,电荷 ,离子的极化程度 ,亲和力 a 阳离子交换树脂 b.阴离子交换树脂 强碱型阴离子交换树脂 F- OH- CH3COO- HCOO- Cl- NO2- CN- Br- C2O42- NO3- HSO4- I- CrO42- SO42- Cit. 强碱型阴离子交换树脂 F- Cl- Br I- CH3COO- MoO42- PO43- AsO43- NO3- Tart. CrO42- SO42- OH- 其它分离方法 毛细管电泳分离法 固相微萃取 超临界流体萃取分离法 液膜萃取分离法 微波萃取分离法 生物试样的前处理 生物试样的制备 （ 1）血浆： 加抗凝剂，离心 （ 2）血清： 不加抗凝剂，离心 （ 3）尿液：混匀，水解，分离，浓缩 （ 4）毛发：洗涤，干燥 （ 5）唾液：离心 生物试样的保存 控制溶液的 pH 加入保护剂或防腐剂 冷藏或冷冻 蛋白质的去除 沉淀法： TCA 超速离心 酸消化 酶消化 生物试样的消化 干式消化 湿式消化 光辐射消化 酶消化 高温干式消化 低温干式消化