2.5　分离操作技术

最常用的分离提纯方法有过滤、沉淀、结晶及重结晶、蒸馏、萃取、升华、色谱等。

2.5.1　离心分离

2.5.1.1　离心分离操作

离心分离主要用于半微量样品的沉淀分离。将溶液放入离心试管（见表2-2）中，加入沉淀剂，每加一滴都要混合均匀，沉淀完全后，放入离心机（见图2-6）中，使沉淀离心沉降，取出离心管，在上层清液中滴加一滴沉淀剂，如没有浑浊，则说明沉淀已经完全。如需检查溶液的pH值，应将剪成小块的试纸放在白瓷板或表面皿上，用玻璃棒蘸少量溶液滴在试纸上，观察颜色，确定pH值。

沉淀在离心机上离心沉降后，沉降于离心管的尖端，上层清液可用滴管吸出，即先挤压滴管上端的橡皮乳头，排出空气，把离心管倾斜，将滴管尖端伸入液面下，且不可触及沉淀；慢慢放松橡皮乳头，溶液则被吸入滴管。

2.5.1.2　离心机的使用

（1）离心机管套底部应垫上柔软物质，如棉花、橡皮垫等，以防旋转时离心管被碰破。

（2）离心管放入离心机套管时，管口应稍高出管套，离心管应对称放入，如果只有一只离心管溶液需离心，则应取一支装入等量水的离心管放在其对称位置，以保持离心机平衡，避免转动时震动，损坏离心机。

（3）放好离心试管后，盖好盖子。启动离心机时，应由最低挡、慢速开始，待运转平稳后再开到快速。

（4）转速与转动时间由被分离物质的性质所决定。晶形沉淀以转速为1000r·min-1，离心1～2min为宜；非晶形沉淀沉降较慢，转速可提至2000r·min-1，离心3～4min为宜。

（5）关机后，应待离心机自动停止，不能用手阻止其旋转。不得用手指插入离心管中拔取离心管，应捏住离心管口边缘将其取出或用镊子夹取。

2.5.2　过滤分离

过滤是分离固液混合样品的常用方法。当溶液和结晶（沉淀）的混合物通过过滤器（如滤纸）时，结晶（沉淀）就留在过滤器上，溶液则通过过滤器而漏入接受的容器中。可根据需要选择取舍。溶液的黏度、温度、过滤时的压力、过滤器孔隙的大小和沉淀状态都会影响过滤的速度。如溶液的黏度越大，过滤越慢。热溶液比冷溶液容易过滤等等。过滤时要全面考虑各种因素来选用不同的过滤方法。常见的过滤方法有三种：常压过滤、减压过滤和热过滤。

2.5.2.1　常压过滤

常压过滤是最为常见和简单的分离方法，其重力是唯一引起液体通过过滤器的动力。所用仪器主要是过滤器（漏斗和滤纸组成）和漏斗架（也可用带有铁圈的铁架台代替）。如用滤纸过滤，则滤前应按固体物料的多少选择合适的漏斗，并由漏斗的大小选用滤纸的大小（滤纸的边缘比漏斗边缘低0.5～1cm）。圆形滤纸两次对折，拨开一层即折成圆锥形，放于漏斗中。为保证滤纸与漏斗密合，第二次对折时不要折死，先把圆锥形滤纸拨开，放入洁净且干燥的漏斗，如果上边缘不十分密合，可以稍稍改变滤纸折叠的角度，直到与漏斗密合为止。用手轻按滤纸，将第二次的折边折死，所得圆锥体的半边为三层，另半边为一层，如图2-7所示。

为了使滤纸和漏斗内壁紧贴而无气泡，可将滤纸圆锥形三层那边的外两层撕去一小角（若是通过灼烧沉淀后称量的定量分析，则撕去一小角用于最后擦拭烧杯内壁可能附着的沉淀后，与沉淀一并放入坩埚中进行灼烧），然后用食指把滤纸按在漏斗内壁上，用少量蒸馏水润湿滤纸，再用玻璃棒轻压滤纸四周，赶去滤纸与漏斗壁间的气泡，使滤纸紧贴在漏斗壁上，而下部与漏斗内壁形成隙缝。然后，用洗瓶加水至滤纸边缘，这时空隙与漏斗颈内应全部被水充满，当漏斗中的水全部流尽后，颈内水柱仍能保留且无气泡。

过滤时漏斗要放在漏斗架上，并调整好高度，使漏斗末端紧靠在接收器内壁。先采用倾注法，即烧杯中的沉淀下降以后，将上面清液沿玻璃棒先倾入漏斗中，以免沉淀堵塞滤纸上的空隙，影响过滤速度。暂停倾注溶液时，烧杯应沿玻璃棒使其嘴向上提起，渐使烧杯直立，以免使烧杯嘴上的液滴流失，如图2-8所示。

倾注法将清液完全转移后，应对沉淀作初步洗涤。洗涤时，用洗瓶每次约10mL洗涤液吹洗烧杯四壁，使黏附的沉淀集中在烧杯底部，每次的洗涤液同样用倾注法过滤。如此洗涤3～4次，再用少量洗涤液与沉淀混合均匀，用玻璃棒将其一并移至漏斗中。最后按图2-9所示方法，将烧杯壁附着沉淀吹洗至烧杯中。

倾倒溶液时，应使玻璃棒下端靠近三层滤纸处，漏斗中的液面高度应略低于滤纸边缘。

沉淀全部转移到滤纸上后，应对它进行洗涤，以除去沉淀表面所吸附的杂质和残留的母液。其方法如图2-10所示。洗瓶的水流从滤纸的多重边缘开始，螺旋形地往下移动，最后到多重部分停止，这样可使沉淀洗得干净且可将沉淀集中到滤纸底部。为了提高洗涤效率，应按“少量多次”的原则洗涤。通过检验最后流出滤液中的离子，判断沉淀是否洗涤干净。

2.5.2.2　减压过滤

减压过滤（或称抽滤）可加快滤速，使结晶和溶液快速分离。其装置如图2-11所示。水泵借助水流作用带走装置内的空气，致使吸滤瓶减压，布氏（或玻璃砂芯）漏斗液面上下方产生压力差，从而加快了过滤速度。安全瓶可防止自来水倒吸至吸滤瓶内，如果滤液有用，则会被污染。

布氏漏斗通过橡皮塞与吸滤瓶相连接，橡皮塞与瓶口间必须紧密不漏气。吸滤瓶的侧管用橡皮管与安全瓶相连，安全瓶与水泵的侧管相连。停止抽滤或需用溶剂洗涤沉淀时，先将吸滤瓶侧管上的橡皮管拔开与大气相通，再关闭水泵，以免水倒流入吸滤瓶内。布氏漏斗的下端斜口应正对吸滤瓶的侧管。滤纸要比布氏漏斗内径略小，但必须全部覆盖漏斗的小孔；滤纸也不能太大，否则边缘会贴到漏斗壁上，使部分溶液不经过滤，沿壁直接漏入吸滤瓶中。抽滤前用同一溶剂将滤纸润湿后抽滤，使其紧贴于漏斗的底部，然后再向漏斗内转移溶液。转移溶液时，沉淀与溶液沿着玻璃棒倒入漏斗中，玻璃棒下端对着下面无小孔的滤纸处。抽滤时，漏斗中的溶液不要超过漏斗容量的2/3。

热溶液和冷溶液的过滤都可选用减压过滤。若为热过滤，则过滤前应将布氏漏斗放入烘箱（或用电吹风）预热，抽滤前用同一热溶剂润湿滤纸。

析出晶体与母液的分离，常用布氏漏斗进行减压过滤操作。为了更好地将晶体与母液分开，最好用清洁的玻璃塞将晶体在布氏漏斗上挤压、抽气，以尽量除去母液。结晶表面残留的母液，可用很少量的溶剂洗涤，这时抽气应暂时停止。把少量溶剂均匀地洒在布氏漏斗内的滤饼上，使全部结晶刚好被溶剂覆盖为宜。用玻璃棒或不锈钢刮刀搅松晶体（勿把滤纸捅破），使晶体润湿。稍候片刻，再抽气把溶剂抽干。如此重复两次，就可把滤饼洗涤干净。从漏斗上取出结晶时，为了不使滤纸纤维附于晶体上，常与滤纸一起取出，待干燥后，用刮刀轻敲滤纸，结晶即全部下来。

过滤少量的晶体，可用玻璃钉漏斗或小型多孔板漏斗，以吸滤管代替吸滤瓶，如图2-12所示。对玻璃钉漏斗，滤纸应较玻璃钉的直径稍大；对多孔板漏斗，滤纸应以恰好盖住小孔为宜。滤纸先用溶剂润湿，再用玻璃棒或刮刀挤压使滤纸的边沿紧贴于漏斗上，然后进行过滤。

注意，减压过滤不宜过滤胶状沉淀和颗粒太小的沉淀。因为胶状沉淀在快速过滤时易透过滤纸；颗粒太小的沉淀易在滤纸上形成一层密实的沉淀，滤液不易透过。

2.5.2.3　热过滤

如果溶液的溶质在温度降低时易结晶析出，而我们不希望它在过滤过程中留在滤纸上，这时需用热过滤方式处理。

热过滤是用保温漏斗，见图2-13（a）。保温漏斗是金属套内安装一个长颈玻璃漏斗而形成的可减少散热的夹套式漏斗。漏斗套的夹层中装有热水，必要时还可用灯具加热（如溶剂易燃，过滤前务必将火熄灭）。漏斗中放入多折折叠滤纸1，其向外的棱边应紧贴于漏斗壁上。使用前先用少量热溶剂润湿滤纸，以免干燥的滤纸吸附溶剂使溶液浓缩而析出晶体，把热溶液分批倒入漏斗中。不要倒得太满，也不要等滤完再倒，未倒的溶液和保温漏斗用小火加热，保持微沸。热过滤时一般不要用玻璃棒引流，以免加速降温；接收滤液的容器内壁不要贴紧漏斗颈，以免滤液迅速冷却析出晶体，晶体沿器壁向上堆积，堵塞漏斗口，使之无法过滤。

若操作顺利，只会有少量结晶在滤纸上析出，可用少量热溶剂洗下。若结晶较多，可将滤纸取出，用刮刀刮回原来的瓶中，重新进行热过滤。滤毕，将溶液加盖放置，自然冷却。若只有少量热溶液过滤，可选用一颈短而粗的玻璃漏斗放在烘箱中预热后使用。装置见图2-13（b）。进行热过滤操作要求准备充分，动作迅速。

2.5.3　沉淀分离

沉淀分离法是根据物质溶解度的不同，在溶液中加入适当的沉淀剂，借助形成沉淀，经过滤分离而将混合物分离、达到提纯的一种方法。

2.5.4　结晶和重结晶分离

从溶液中析出晶体的过程称为结晶。结晶时，溶液浓度必须是过饱和。重结晶是将晶体溶解进行再次结晶的过程。

重结晶是用来纯化在室温下是固体化合物的一种常用方法。利用固体化合物在溶剂中的溶解度随温度而改变的性质（一般温度升高溶解度增加，反之则溶解度降低）把固体化合物在较高温度下溶于适当溶剂中制成饱和溶液，在较低温度下就会有结晶析出。然后利用溶剂对被提纯物质和杂质的溶解度的不同，使杂质在热过滤时被滤除或冷却后留在母液中与结晶分离，从而达到提纯的目的。

重结晶适用于提纯杂质含量在5%以下的固体化合物。杂质含量多的话，常需先用其它方法如水蒸气蒸馏、萃取等手段先将粗产品初步纯化，然后再用重结晶法提纯。

有关重结晶的原理、溶剂的选择及操作见本书实验二十的重结晶和过滤。

2.5.5　蒸馏、分馏分离

2.5.5.1　普通蒸馏

蒸馏是加热物质至沸腾，使之汽化，再冷凝蒸气，并于另一容器中收集冷凝液的操作过程。它是分离和提纯液态有机化合物最常用的方法之一。应用这一方法不仅可以把挥发性物质与不挥发性物质分离，还可以把沸点不同的液体混合物分离。由于纯液态化合物在一定压力下具有固定的沸点，所以蒸馏法还可以用于测定物质的沸点，检验物质的纯度。

有关普通蒸馏原理、装置及操作见实验十八蒸馏操作和沸点的测定。

由于某些物质能形成共沸混合物，因此，具有固定沸点的物质不一定都是纯物质，几种常见共沸物见表2-6。

普通蒸馏仅在混合液体沸点有显著不同（至少30℃以上）时，才能实现有效分离。当一个二元或三元互溶的混合溶液各组分的沸点差别不大，而又希望得到较好的分离效果时，就必须进行分馏。

2.5.5.2　分馏

当液体混合物中各组分沸点相差足够大时，可用普通蒸馏法将其分开。若相差不大，普通蒸馏只能得到低沸点组分含量稍高的馏出液，而不能得到满意的结果，此时，可采用分馏的方法进行处理。

分馏是采用分馏柱达到分离和提纯目的的方法。这种技术可以有效地分离沸点差别不大的液体混合物，但不能分离共沸混合物。对于共沸混合物的分离，只有采用其它方法先破坏共沸组分后，再进行蒸馏或分馏，从而达到分离的目的。

（1）基本原理　分馏是利用分馏柱将多次汽化-冷凝过程在一次操作中完成的方法。混合液受热沸腾后，混合蒸气沿分馏柱上升，由于柱外空气的冷却作用，部分蒸气被冷凝。冷凝液在下降途中与上升的蒸气接触，二者进行热交换，蒸气中高沸点组分被冷凝，低沸点组分仍呈蒸气上升；而冷凝液中低沸点组分受热汽化，高沸点组分仍呈液态下降。结果，上升蒸气中低沸点组分含量增多，而下降的冷凝液中高沸点组分增多。如此经过多次气-液两相间的热交换，就相当于连续多次的普通蒸馏过程，以致低沸点组分蒸气不断上升而被蒸馏出来，而高沸点组分则不断流回烧瓶中，从而达到分离的目的。

分馏柱的分馏效率取决于下列几个因素。

①分馏柱的高度　分馏柱越高，上升蒸气和冷凝液接触的机会愈多，效率愈高。但要选择适当，过高时，馏出液量少，分馏速度慢。

②填充物　在柱中放入填充物可以增大蒸气和回流液的接触面积，接触面积愈大，愈利于分离。填充物的品种和式样很多，效率各异。填装时要使填充物之间保留一定空隙，不能过于紧密。填充物若用玻璃管（长约20mm）或玻璃球效率较低；用绕成固定形状的金属丝，则效率较高。

③分馏柱的绝热性能　如果分馏柱的绝热性能差，即热量向柱周围散失过快，则气液两相之间的热平衡受到破坏，分离将不完全。为了提高绝热性能，通常将柱身上裹上石棉绳、玻璃布等保温材料。

④蒸馏速度　如果蒸馏速度太快，会破坏气液两相之间的平衡，使分离不能完全。

分馏柱的种类很多，一般实验室常用的简易分馏柱有韦氏（Vigreux）分馏柱、双球分馏柱等。

（2）操作步骤　主要包括两部分。

①仪器装置　简单的分馏装置如图2-15所示。装配原则基本上和蒸馏装置相同。所不同的是在圆底烧瓶和蒸馏头间加一分馏柱。

②分馏操作　分馏操作方法与蒸馏相似，先将待分馏液体加入烧瓶中，放入2～3粒沸石，然后安装仪器。缓慢通入冷却水后，点火加热。当蒸气到达柱顶后，调节加热速度，使蒸馏速度以每2～3s 1滴为宜。收集所需温度范围的馏分，并做好记录。

要达到较好的分馏效果，应注意以下几点。

a.分馏要缓慢进行，要控制好恒定的蒸馏速度。

b.要选择合适的回流比。

c.尽量减少分馏柱的热量散失，保持稳定的热源。

2.5.5.3　水蒸气蒸馏

水蒸气蒸馏的操作是将水蒸气通入不溶或难溶于水、但有一定蒸气压的有机物中，使有机物在低于100℃温度下，随着水蒸气一起蒸馏出来的过程。

水蒸气蒸馏是用来分离和提纯有机物质的重要方法之一。要求被提纯的物质不溶或难溶于水，不与水发生化学反应，且在100℃具有一定的挥发性。此法常用于下列情况。

a.含有大量树脂状或不挥发性杂质，采用普通蒸馏或萃取等方法都难以分离的混合物。

b.从较多固体反应物中分离出被吸附的液体。

c.某些在常压下蒸馏可与杂质分离，但其本身易被破坏的高沸点有机物。

d.从某些天然物中提取有效成分。

（1）基本原理　在物质微溶或不溶于水的情况下，通入水蒸气，则组成该混合物的各组分都具有一定的蒸气压。根据道尔顿分压定律，整个体系的总蒸气压p总等于水的蒸气压与待蒸馏物质蒸气压pA之和。即：

当总蒸气压与外界气压相等时，混合物沸腾。显然，混合物的沸点低于其任何一个组分的沸点。因此，常压下应用水蒸气蒸馏，能在低于100℃的情况将高沸点组分与H2O一起蒸馏出来。

馏出液中有机物的质量mA与H2O的质量之比，在理论上应等于两者的分压pA和与各自的摩尔质量MA和乘积之比。即

式中，可通过手册查出；pA可近似地以大气压p大气与的差值计算（pA=p大气-）；p大气由气压计直接读出。

（2）操作步骤　主要包括两部分。

①仪器装置　水蒸气蒸馏装置如图2-16所示，主要由水蒸气发生器、蒸馏部分、冷凝部分和接收部分组成。

水蒸气发生器一般用金属制成，也可用1000mL圆底烧瓶代替。使用时其盛水量不得超过容器的3/4，一孔插入长约1m、内径约5mm的玻璃管（插入距圆底烧瓶底部1cm处）作为安全管，以调节水蒸气发生器内部的压力；另一孔插入内径约8mm的水蒸气导出管。导出管与一个T形管相连，T形管的支管套一短橡皮管，并用螺丝夹夹住；T形管的另一端与蒸馏部分的水蒸气导入管相连（这段水蒸气导入管应尽可能短些，以减少水蒸气的冷凝）。

利用T形管可以放掉蒸气导出管中的冷凝水；在操作中，如果发生不正常现象，可立即打开螺旋夹，使与大气相通，排除故障。

水蒸气导入管要几乎达到蒸馏瓶底部（距瓶底8～10mm），蒸馏瓶要倾斜45°，以防飞溅起的液体进入馏出液导出管。蒸馏瓶中的液体不得超过容量的1/3。馏出液导出管与冷凝器相连。

②蒸馏操作　加热水蒸气发生器前，先打开T形管橡皮管上的螺旋夹。大量水蒸气产生后，再用螺旋夹夹紧T形管上的橡皮管，让蒸气导入蒸馏瓶中，与此同时，接通冷凝水，用锥形瓶收集蒸出物。开始蒸馏后不久就有馏液流出，调节T形管橡皮管上的螺旋夹的松紧程度以及水蒸气发生器的加热速度，以使烧瓶内的混合物不至于飞溅得太厉害，控制馏出液的速度为每秒钟2～3滴。

在蒸馏过程中，要注意：a.由于水蒸气的冷凝而使蒸馏瓶液体增加时，可将蒸馏瓶隔石棉网用小火加热；b.为防导入管堵塞或冷凝水过多地进入蒸馏瓶中，还应随时从T形管处放出冷凝下来的水；c.必须随时检查安全管中的水位是否发生不正常的上升现象，有无倒吸现象。一旦有，应立即打开螺旋夹，移去火源，找出发生故障的原因，排除故障后，才能继续蒸馏。

水蒸气蒸馏完毕，先打开T形橡皮管上的螺旋夹，然后再停止加热，以免蒸馏瓶中的液体吸入水蒸气发生器中。一般是当馏出液非常清澈，水中看不出有油状物，即为蒸馏完毕的标志。

2.5.5.4　减压蒸馏

（1）基本原理　液体化合物的沸点是指它的蒸气压等于外界大气压时的温度，因此，液体的沸点随外界压力的降低而降低。若将容器内液体表面上的压力降低，即可使液体在较低的温度下沸腾而被蒸馏出来。

在低于大气压下进行蒸馏的操作过程称为减压蒸馏。减压蒸馏是分离和提纯液体或低熔点固体有机物的一种主要方法。

许多有机化合物的沸点较高，难以通过蒸馏将其分离、提纯，有些有机物在达到其沸点温度之前就可能发生分解、氧化、聚合或分子重排等变化，故常常需要通过减压蒸馏的方法进行分离。

一般高沸点（250～300℃）的有机物，当压力降到2666Pa时，其沸点比常压（101.325kPa）下低100～125℃。不同压力下的沸点可查阅有关化合物的压力-温度关系曲线图，也可用经验曲线进行粗略的估算（见图2-17）。在常压沸点、系统压力及减压后沸点的三个数据中，只要知道其中任意两个，便可由图推测出第三个数据。例如，已知某化合物的常压沸点为t，系统压力为p，只需在图中B线找到t点，在C线找到p点，将两点连接并延伸，其延长线与A线相交处便是该化合物减压后的沸点。

（2）操作步骤

①仪器装置　减压蒸馏装置由蒸馏、减压（抽气）以及它们之间的保护和测压装置三部分组成。

a.蒸馏部分　蒸馏的装置与普通蒸馏基本相同2，只是为了防止因暴沸或产生泡沫使反应液进入冷凝管而通常采用克氏蒸馏头（或克氏烧瓶）；为了平稳地蒸馏，避免液体过热而产生暴沸溅跳现象，可在克氏蒸馏头正对烧瓶的颈口插入一根末端拉成毛细管的玻璃管，毛细管口要细，距瓶底1～2mm。玻璃管的另一端套上一段橡皮管，用螺旋夹夹住，用于调节进入烧瓶中的空气量，以防暴沸或产生泡沫，另一方面防止引入大量空气而达不到减压蒸馏的目的。在克氏蒸馏头的侧颈口中插入温度计，监控馏出液温度。

蒸馏装置中的接收管一定要带支管，该支管与抽气系统相连。在蒸馏中若要收集不同馏分，则可用多头接收管。蒸馏少量物质或150℃以上的物质时，可用克氏蒸馏头的支管直接作为冷凝管，即接收管与蒸馏头的支管直接相连；蒸馏150℃以下的物质时，接收管前应连接水冷凝管（如图2-18所示）。接收器可用圆底烧瓶、吸滤瓶等耐压器皿，但不能用锥形瓶。

b.减压部分　实验室通常用水泵或油泵减压。若不需要很低的压力时可用水泵，如果水泵的构造好且水压又高时，在室温下，水泵可以把压力减低到0.9～3.3kPa。这对一般减压蒸馏已经足够了。油泵可以把压力顺利地减低到267～533Pa，好的油泵甚至能抽到13.3Pa。

c.保护及测压装置　保护装置一般包括缓冲用的安全瓶3（简称缓冲瓶）、冷却阱（多用冰-水或冰-盐等为冷却剂）和吸收塔等，用于冷凝、吸收水蒸气和挥发性的有机溶剂，以防止污染泵油、腐蚀油泵机件、降低油泵抽气时的真空度。用水泵则不用冷却阱与吸收塔。

实验室通常采用水银压力计来测量减压系统的压力。图2-19（a）为开口式水银压力计，两臂汞柱高度之差即为大气压与体系压力之差，因此蒸馏系统内的实际压力（真空度）应是大气压力减去这一汞柱差。图2-19（b）为封闭式水银压力计，两臂液面高度之差即为蒸馏系统中的压力。测定压力时，可将管后木座上的滑动标尺的零点调整到右臂的汞柱顶端线上，这时左臂的汞柱顶端线所指示的刻度即为系统的压力。

也有的水泵，如水循环真空泵，可以直接从其上面的仪表上读出水泵抽的真空度，系统的实际压力就是大气压减去真空度读数。

②减压蒸馏操作

a.蒸馏前的压力检查　装置完毕后，在克氏烧瓶中装入不超过l/2量的蒸馏物质 4。关闭缓冲瓶上旋塞和夹紧毛细管上端的螺旋夹，然后用泵抽气，观察能否达到要求的压力、是否漏气。若减压效果不好，应恢复正常压力后才能修理（即旋开缓冲瓶上的活塞，使内外压力相等）。反复操作直到装置无误为止。

b.蒸馏阶段　蒸馏进行时，关闭缓冲瓶旋塞，抽气减压，调节螺旋夹，控制毛细管导入的空气量，从毛细管进入的空气量一般以冒出一连串气泡为宜。当达到要求压力时，便开始用油浴加热克氏烧瓶5，烧瓶球形部分浸入油浴的体积为2/3左右。用液体石蜡作为油浴加热，控制蒸馏速度以每秒0.5～1滴为宜。在蒸馏过程中应随时注意水银压力计的读数，记录压力计读数、液体沸点、油浴温度、蒸馏速度等数据。

c.蒸馏结束　蒸馏完毕，撤去热源。拧开橡皮管上的螺旋夹，再慢慢打开安全瓶上的两通活塞（打开时一定要小心，否则引入空气太快，水银柱急剧上升，会损坏压力计），使仪器装置与大气相通；待仪器内的压力与大气压力相等后，再关闭真空泵，以防水泵内的水倒吸入系统内或油泵中的油倒吸入干燥塔内，最后拆卸仪器。

2.5.6　萃取分离

萃取是提取或提纯有机物的常用方法之一。萃取的方法随物质的状态不同，可分为从溶液中提取（液-液萃取）、从固体中提出（抽提、液-固萃取）和从混合物中去除杂质等。

2.5.6.1　液-液萃取

利用某物质在两种互不相溶的溶剂中溶解度的不同，使其从一种溶剂转移到另一种溶剂而与杂质分离的过程，称为液-液萃取。

液-液萃取通常在分液漏斗6中进行。操作时应选择容积较溶液体积大1～2倍的分液漏斗，在活塞上涂少许凡士林，转动活塞使其均匀透明。将分液漏斗顶端的玻璃塞与下端活塞用细绳套扎在漏斗上，并检查玻璃塞与活塞是否紧密。然后将分液漏斗放在固定的铁环中，关好活塞，装入待萃取物和溶剂，盖好玻璃塞，振荡漏斗，使液层充分接触，振荡方法是先把漏斗倾斜，使上口略朝下，如图2-20所示。活塞部分向上并朝向无人处，右手捏住上口颈部，并用食指压紧玻璃塞，左手握住活塞。握持方式既要防止振荡时活塞转动或脱落，又要便于灵活地旋动活塞。振荡后，令漏斗仍保持倾斜状态，旋开活塞，放出因溶剂挥发或反应产生的气体，使内外压力平衡。如此重复数次，然后将分液漏斗静置于铁环上，使乳浊分层7，然后旋转顶端玻璃塞，对好放气孔，再慢慢旋开下端活塞，将下层液体自活塞放出。当液面的界线接近活塞时，关闭活塞，静置片刻或轻轻振摇，这时下层液体往往增多，再把下层液体小心地放出。然后将上层液体从分液漏斗上口倒出。切不可经活塞放出，以免被漏斗活塞所附着的残液污染。

在萃取中，上下两层液体都应该保留到实验完毕，以防止中间操作发生错误，无法补救。使用分液漏斗时，应防止几种错误：用手拿住分液漏斗进行液体的分离；上层液体经漏斗的下端放出；上口玻璃塞未打开就旋开活塞。

分液漏斗若与NaOH或Na2SO4等碱性溶液接触后，必须冲洗干净，若较长时间不用，玻璃塞需用薄纸包好后再塞入，否则易粘在漏斗上而打不开。

2.5.6.2　液-固萃取

液-固萃取用于从固体混合物中物质的提取。利用溶剂对样品中待提取物和杂质溶解度的不同来达到分离提取的目的。

实验室中常用索氏（Soxhlet）提取器进行液-固萃取。索氏提取器由烧瓶、抽提筒、回流冷凝管三部分组成，装置如图2-21所示。

索氏提取器是利用溶剂的回流及虹吸原理，使固体物质每次都被纯的热溶剂所萃取，减少了溶剂用量，缩短了提取时间，因而效率较高。萃取前，应先将固体物质研细，以增加溶剂浸溶的面积。然后将研细的固体物质装入滤纸筒8内，再置于抽提筒中。烧瓶内盛溶剂，并与抽提筒相连，抽提筒上端接冷凝管，溶剂受热沸腾，其蒸气沿抽提筒侧管上升至冷凝管后冷凝为液体，滴入滤纸筒中，并浸泡筒内样品。当液面超过虹吸管最高处时，即虹吸流回烧瓶，从而萃取出溶于溶剂的部分物质。如此多次重复，把要提取的物质富集于烧瓶内。提取液经浓缩除去溶剂后，即得产物，必要时可用其它方法进一步纯化。

2.5.7　升华分离

升华是纯化固体有机物的方法之一。某些物质在固态时有较高的蒸气压，当加热时，不经过液态而直接气化，蒸气遇冷又直接冷凝成固体，这个过程叫做升华。利用升华可除去不挥发性杂质，或分离不同挥发度的固体混合物。升华常可得到纯度较高的产品，但操作时间长，损失也较大，在实验室里只用于较少量（1～2g）物质的纯化。

2.5.7.1　基本原理

为了深入了解升华的原理，首先应研究固、液、气三相平衡，如图2-22所示。图中曲线ST表示固相与气相平衡时固相的蒸气压曲线；TW是液相与气相平衡时液体的蒸气压曲线；TV为固相与液相的平衡曲线，三曲线相交于T。T为三相点，在这一温度和压力下，固、液、气三相处于平衡状态。三相点与物质的熔点（在大气压下固-液两相处于平衡时的温度）相差很小，通常只有几分之一摄氏度，因此在一定的压力下，TV曲线偏离垂直方向很小。

在三相点以下，物质只有气、固两相。若降低温度，蒸气就不经过液态而直接变成固态；若升高温度，固态也不经过液态而直接变成蒸气。因此，一般的升华操作在三相点温度以下进行。若某物质在三相点以下的蒸气压很高，则气化速率很大，这样就很容易地从固态直接变成蒸气，而且此物质蒸气压随温度降低而下降，稍降低温度，即可由蒸气直接变成固体，则此物质在常压下较容易用升华法来纯化。

2.5.7.2　操作步骤

实验室中进行升华通常可分为常压升华与减压升华。升华技术的关键：一是被升华的物料事先要尽量研细；二是不要让被升华物蒸气泄漏；三是加热要均匀，且升温要慢，以便升华的蒸气能及时得到冷却。

（1）常压升华　常用的常压升华装置如图2-23所示。

一般情况下，被升华物料量少时多采用蒸发皿配漏斗，见图2-23（a），将预先粉碎好的待升华物质均匀地铺于蒸发皿中，上面覆盖一张穿有许多小孔的滤纸，然后，将与蒸发皿口径相近的玻璃漏斗倒扣在滤纸上，漏斗颈口用玻璃棉塞住，以减少蒸气外逸。隔石棉网或用油浴、砂浴等缓慢加热蒸发皿，控制浴温低于待升华物质的熔点，使其慢慢升华。蒸气通过滤纸孔上升，冷却后凝结在滤纸上或漏斗壁上。必要时漏斗外可用湿滤纸或湿布冷却。被升华物料量多时，则采用装了冷凝水的圆底烧瓶加烧杯［见图2-23（b）］，升华物凝结于烧瓶外底部。

在空气或惰性气体气流中进行升华的装置见图2-23（c）。

当物质开始升华时，通入空气或惰性气体，以带出升华物质，遇冷（或用自来水冷却）即凝结于烧瓶壁上。

（2）减压升华　减压升华装置如图2-24所示。将固体物质放于吸滤管中，然后将装有“冷凝指”的橡皮塞严密地塞住吸滤管口，用水泵或油泵减压。接通冷凝水流，将吸滤管浸在水浴或油浴中加热，使之升华。升华结束后慢慢使体系与大气相通，以免空气突然冲入而把“冷凝指”上的晶体吹落。小心取出“冷凝指”，收集升华后的产品。

升华实验操作具体见实验十七升华操作——樟脑的提纯。

2.5.8　色谱分离

色谱法又称色层法、层析法，是分离、提纯和鉴定化合物的重要方法之一。早期此法仅用于带颜色化合物的分离，由于显色方法的引入，现已广泛应用于有色和无色化合物的分离和鉴定。

色谱法是一种物理的分离方法，其基本原理是利用混合物各组分在某一物质中的吸附或溶解性能（分配）的不同，或其亲和性能的差异，使混合物的各组分随着流动的液体或气体（称流动相），通过另一种固定不动的固体或液体（称固定相），进行反复的吸附或分配作用，从而使各组分分离。根据其分离原理，色谱法可分为分配色谱、吸附色谱、离子交换色谱和排阻色谱等；根据操作条件的不同，又可分为柱色谱、纸色谱、薄层色谱、气相色谱及高效液相色谱等。本节主要介绍柱色谱、纸色谱和薄层色谱的分离。

2.5.8.1　柱色谱

柱色谱按其分离原理可分为吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱等。

（1）吸附柱色谱分离　装置如图2-25所示，吸附柱色谱通常在玻璃管（色谱柱）中填入表面积较大、经过活化的多孔或粉状固体吸附剂（固定相），如Al2O3、硅胶等。从柱顶加入样品溶液，当溶液流经吸附柱时，各组分被吸附在柱的上端，然后从柱上方加入洗脱剂（溶剂），由于各组分吸附能力不同，在固定相上反复发生吸附-解析-再吸附-再解析的过程，各物质结构的不同，随着溶剂向下移动的速度也不同，于是形成了不同色带。继续用溶剂洗脱，已经分开的溶质可以从柱中分别洗出收集。对于柱上不显色的化合物分离时，可用紫外线照射后所呈现的荧光来检查，也可通过其它方法逐个鉴定。

色谱柱的大小要根据处理量和吸附剂的性质而定，柱的长度与直径比一般为7.5∶1，吸附剂用量一般为待分离样品的30～40倍，有时还可再多些。

装柱之前，先将空柱洗净干燥，柱底铺一层玻璃棉或脱脂棉，再铺一层0.5～1cm厚的砂子，然后将吸附剂装入柱内。装柱方法有湿法和干法两种：湿法是先将溶剂倒入柱内约为柱高的3/4，然后再将一定量的溶剂和吸附剂调成糊状，慢慢倒入柱内，同时打开柱下活塞，使溶剂流出（控制1滴·s-1），吸附剂逐渐下沉。加完吸附剂后，继续让溶剂流出，至吸附剂不再下沉为止；干法是在柱的上端放一漏斗，将吸附剂均匀装入柱内，轻敲柱管，使之填装均匀。加完后，加入溶剂，使吸附剂全部润湿。在吸附剂顶部盖一层0.5～1cm厚的砂子，再继续敲柱身，使砂子上层成水平。在砂子上面放一张与柱内径相当的滤纸。无论采用哪种方式装柱，都必须装填均匀，严格排除空气，吸附剂不能裂缝，否则将影响分离效果。一般说来，湿法比干法装得紧密均匀。

装好色谱柱后，当溶剂降至吸附剂表面时，把已配好的样品溶液，小心地加到色谱柱顶端（样品集中在柱顶端尽可能小的范围），开启下端活塞，使液体慢慢流出。当溶液液面与吸附剂表面相齐时，再用溶剂洗脱，控制流速1～2滴·s-1，分别收集各组分洗脱液。整个操作过程中，都应有溶剂覆盖吸附剂。

（2）离子交换色谱分离　离子交换分离是利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换反应而实现分离的方法。这种方法有着很好的分离效果，不仅用于正、负离子的分离，还可用于带相同电荷的离子之间的分离。同时还广泛用于微量组分的富集和高纯物质的制备。

以阳离子交换树脂分离为例，当树脂R—H与含有M+金属阳离子的溶液接触时，则M+将与树脂上的H+发生交换反应：

由于树脂对不同离子的亲和力不同，在进行离子交换时，树脂就具有一定的选择性。当溶液中各离子的浓度大致相同时，总是亲和力大的离子先被交换到树脂上；而在洗脱时，亲和力较小的、后被交换到树脂上的离子，又总是先被洗脱进入溶液相。这样经过反复的交换和洗脱达到离子彼此分离的目的。

例如，用阳离子交换树脂分离K+和Na+混合溶液，当混合溶液从交换柱的上方进入交换柱时，由于树脂对K+的亲和力大于对Na+的亲和力，K+首先被交换到树脂上，然后Na+才交换上去，故在交换柱中，K+层在上，Na+层在下。但由于树脂对K+和Na+的亲和力相差不是很大，故有一段交换柱为K+和Na+重叠层（见图2-26上部）。然后用稀HCl作洗脱液进行洗脱，K+和Na+被洗脱进入水相后又与柱的下层未交换过的树脂进行交换。当新的洗脱液流过时，它们又被再次洗脱，随着洗脱液不断地从柱上方加入，K+和Na+在树脂相与水相之间反复进行交换和洗脱，经过一定柱长后它们就被洗脱液从交换柱的上方带到下方。

由于树脂对K+的亲和力大于对Na+的亲和力，所以K+比Na+更易从水相被交换到树脂相，而更难从树脂相被洗脱进入水相。因此，K+向下移动的速度较Na+慢，因而，K+在柱中的位置就要比Na+高。这样本来混在一起的K+和Na+就会在离子交换柱中分为明显的两层（见图2-26下部）。用两个容器分别接收，先接收到的为Na+溶液，后接收到的为K+溶液，从而达到K+和Na+分离的目的。

离子交换树脂是由人工合成的具有网状结构的高分子化合物，通常为颗粒状，性质稳定，不溶于酸、碱及一般有机溶剂。在网状结构的骨架上有许多可与溶液中某种离子进行交换的活性基团。根据活性基团的不同，常用的离子交换树脂可分为以下两类。

①阳离子交换树脂　阳离子交换树脂是指含有酸性活性基团的树脂，如含有磺酸基（—SO3H）、羧基（—COOH）、酚羟基（—OH）等。这种基团上的H+能与阳离子发生交换作用，根据活性基团在水中解离出H+能力的大小，阳离子交换树脂又可分为强酸性和弱酸性两种。

由于磺酸基在水中表现为电离度很大的强酸性，所以，含磺酸基的为强酸性阳离子交换树脂，以R—SO3H表示（R代表树脂中网状结构的骨架部分），如国产732型树脂；含羧基或酚羟基的为弱酸性阳离子交换树脂，如国产724型树脂。强酸性树脂的应用较广，它在酸性、中性和碱性溶液中都能使用。由于其网状结构的网眼疏而大，与简单的、复杂的、无机的和有机的阳离子都可以发生交换，但选择性较差。

弱酸性树脂由于对H+的亲和力大，在酸性溶液中不宜使用，羧基在pH＞4、酚羟基在pH＞9.5时才具有离子交换能力。其网状结构的网眼密又小，只容许小体积的离子进入，因此选择性高，且易于用酸洗脱。

强酸性阳离子交换树脂与阳离子M+发生交换反应，可用下式表示：

这种离子交换过程是可逆的，已使用过的树脂用酸处理时，反应便向逆向进行，这一过程称为洗脱或再生。再生后的树脂可再次使用。

②阴离子交换树脂　阴离子交换树脂是指含有碱性活性基团的树脂，如含季铵基（≡N+Cl-）、伯氨基（—NH2）、仲氨基（NH）和叔氨基（≡N）等。具有季铵基活性基团的为强碱性阴离子交换树脂，以R—Cl表示，其中Cl-可以被其它阴离子交换，所以也称Cl-型阴离子交换树脂，如国产717型树脂。这类树脂如以NaOH处理，则可以交换转变为OH-型交换树脂。由于Cl-型比OH-型更稳定，一般都以Cl-型树脂出售，这类树脂能在酸性、中性和碱性溶液中使用，对于强酸根和弱酸根离子都能发生交换作用，应用较为广泛。含伯氨基、仲氨基、叔氨基的为弱碱性阴离子交换树脂，如国产701型树脂。这些树脂在水中溶胀发生水合作用后都含有可被交换的OH-，但由于其对OH-的亲和力大，所以在碱性溶液中不宜使用。

离子交换色谱分离操作时一般按下面步骤进行。

①选择和处理树脂　在离子交换分离中，应用最多的是强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂。根据分离任务选择适当的树脂。市售的树脂往往颗粒大小不够均匀，且含有杂质，故使用时应先过筛，再放在4mol·L-1的HCl中浸泡1～2天，以溶解除去树脂中的杂质。若浸出的溶液呈较深的黄色，应换新的盐酸再浸泡一些时间，然后用去离子水洗涤呈中性，这样处理得到的阳离子交换树脂是H+型，阴离子交换树脂是Cl-型。如需要其它型式的树脂，例如，Na+型或型，则分别用NaCl、H2SO4处理，然后用去离子水洗净，浸泡在去离子水中备用。

②装柱　离子交换分离一般在交换柱中（亦可是交换床）进行。常用的交换柱如图2-27所示。图2-27（a）的装置比图2-27（b）稍复杂些，它的优点是流出口高于树脂层上部，柱中溶液不会流干，使离子交换树脂始终浸没在液面下。在装柱前先在柱的下端铺一层玻璃棉，倾入少量去离子水，然后倾入带水的树脂，树脂自动下沉而形成交换层。装柱时要注意勿使树脂层干涸而混入气泡。装柱完毕后，在树脂层上面也铺一层玻璃棉，以防加入试液时，树脂被冲起。

③柱上操作

a.交换　将欲交换的试液倾入交换柱中，用活塞控制一定的流速，使试液缓慢流过树脂层。如果柱中装的是阳离子交换树脂，试液中的阳离子与树脂上的H+交换后留在树脂上，阴离子不交换而存在于流出液中。如果柱中装的是阴离子交换树脂，试液中的阴离子将交换而留在树脂上，阳离子不交换而存在于流出液中。借此，阳离子和阴离子得到分离。

b.洗涤　交换完毕后应进行洗涤，通常用去离子水作洗涤液，以洗下残留在交换柱中的溶液及交换时所形成的酸、碱或盐类。合并流出液和洗涤液，分析测定其中的阳离子和阴离子。

c.洗脱　洗净后的交换柱再进行洗脱，控制一定的流速，以洗下交换在树脂上的离子，直到洗脱液中没有被交换的离子为止。对于阳离子交换树脂，常用HCl溶液作为洗脱液，经过洗脱后树脂转为H+型，对于阴离子交换树脂，常用NaCl或NaOH溶液作为洗脱液，经过洗脱之后树脂转为Cl-型和OH-型。这样，洗脱之后的树脂已得到再生，用去离子水洗净后可再次使用。

2.5.8.2　纸色谱

纸色谱是以滤纸作为载体，让样品溶液在滤纸上展开而达到分离目的的分离方法。

2.5.8.3　薄层色谱

薄层色谱（薄层层析）是近年来发展起来的一种微量、快速、简便的分析分离方法。它兼有柱色谱和纸色谱的优点。薄层色谱不仅适用于小量样品（1～100μg，甚至0.01μg）的分离，也适用于较大量样品的精制（可达500mg），特别适用于挥发性较小或在较低温度下易发生变化而又不能用气相色谱分离的化合物。

有机物质的纸色谱与薄层色谱分离见实验二十二。