第四章 結晶分離及升華技術,4.1 沉淀法及鹽析法 4.2 重結晶 4.3 多步結晶 4.4 升華,4.1 沉淀分離法及鹽析法,沉淀法：在試樣中加入沉淀劑或改變pH值，使所需的組分溶解度減小或者與沉淀劑形成不溶物而沉淀出來的辦法。,沉淀過程 從任何均相流體中析出固體物質的過程。 沉淀過程發生的必要條件 溶液體系對某種溶質是過飽和的。 使溶質達到過飽和的方法 冷卻法。蒸發法。溶劑轉化法。鹽析法。反應沉淀分離法。,4.1.1 重金屬鹽沉淀法（鉛鹽沉淀法）,(1) 原理：利用中性醋酸鉛或堿式醋酸鉛在水或稀的醇溶液中能與許多物質生成難溶的鉛鹽或絡鹽而得到分離。 中性醋酸鉛可以沉淀：有機酸、蛋白質、氨基酸、鞣質、酸性皂甙、樹脂及部分黃酮甙等酸性或酚類物質。 堿式醋酸鉛沉淀：上述所有、甙類、糖類及一些生物堿等堿性物質。,例如：具有二羥基結構的黃酮利用鉛鹽沉淀分離。,在中藥的乙醇或甲醇提取液中加入飽和的中性乙酸鉛水溶液，可使具有鄰二酚羥基或羧基的黃酮類化合物沉淀析出。此懸浮于乙醇中，通入H2S進行復分解，濾除硫化鉛沉淀，濾液中可得黃酮類化合物。,(2) 一個試樣可以依次用中性醋酸鉛、堿性醋酸鉛將試液的組分分成三部分：,(3) 脫鉛方法 ： 通H2S氣體。(使沉淀轉化為溶解度更小的PbS) 加入強酸性陽離子交換樹脂。（使鉛離子轉移到樹脂上） 加入磷酸或稀硫酸。（使沉淀轉化為Ksp小的PbSO4orPb3(PO4)）,4.1.2 試劑沉淀法,加入某些特殊的試劑使目標物質沉淀出來,有機物中含： 鞣質用明膠或蛋白質將其沉淀出來。 胰島素用Zn離子將其沉淀出來（二者形成復合物）。 生物堿用某些沉淀試劑，使其生成不溶性復鹽而出來。 蛋白質調節pH=PI（等電點）使其出來。 橙皮甙、蘆丁、黃苓甙、甘草皂甙加酸可以使其出來 。 洋地黃皂甙加甾體皂甙形成難溶的分子復合物 再分離、分解/還原。,4.1.3 鹽析法,（1） 原理:在有機物的水溶液中加入大量的無機鹽，會使有機物溶解度減小而沉淀出來。 （2） 特點:不會破壞蛋白質、肽、酶等生物活性，處理量大，操作方便。 （3） 鹽的種類： 鹽析性鹽：能使蛋白質水溶性減小的鹽。 常用的有：Na2SO4、KH2PO4、Na2HPO4、(NH4)2SO4、KOAC、NaOAc、NaCl 鹽溶性鹽 ：使蛋白質的溶解度反而增大。 常用的有：鹽酸胍、脲、硫氰酸鹽等（它們的加入還會破壞蛋白質的活性）。,（4） 鹽析性鹽加入蛋白質水溶液中會產生兩種影響,使蛋白質溶解度增大。 因為：鹽的離子與蛋白質的親水基團（-OH，COOH，-NH2）作用，降低蛋白質的活度系數。 使蛋白質溶解度減小。 因為：鹽會破壞蛋白質表面水化膜，使蛋白質的疏水基團（-ph，-CH3，-CHn，C=C）之間疏水力增加，即蛋白質之間疏水力增大。,鹽濃度（離子強度）與蛋白質溶解度的關系怎樣衡量？,蛋白質溶解度與離子強度的關系： lgs=lgso - ksI 式中：s為某離子強度下蛋白質的溶解度； so為I=0時蛋白質的溶解度； ks是鹽析系數，它與蛋白質有關，還與鹽的種類、pH值及溫度有關； I是離子強度。I=（MZ2）/ 2，M是離子摩爾數，Z是對應離子的價數。,例如：提取麻黃堿、苦參堿。 向其中加入NaCl溶液，讓其溶解度減小。 以提高有機溶劑萃取率。,4.1.4 有機溶劑沉淀法,（1）原理：樣品為少量的濃溶液，溶劑為A，加入大量與A相溶而與溶質不溶或微溶的有機溶劑B，溶質的溶解度在有機溶劑A 中減小而析出。 條件：有機溶劑B與A必須有互溶性。 樣品在有機溶劑B中微溶或不溶。 （2）溶劑的選擇： 溶質在水(A)中溶解度大，在有機溶劑(B)中不溶。 溶劑(B)與水(A)互溶。 溶劑與提取物無化學作用。 無毒性、價廉。,（3）應用,例子：高分子材料中“高聚物”與“添加劑”分離。,（4）缺點：選擇性不強 消耗大量溶劑。,4.2 重結晶 目的：純化固體目標物,4.2.1 基本原理: 利用在一定溶劑中各種組分溶解度的不同和有機物在加熱、冷卻時溶解度大、小不同的性質來除去少量雜質的方法。即：,注意：雜質溶解度越大被提純物在加熱和常溫下 溶解度差別越大 則重結晶的回收率越高。,4.2.2 溶劑的選擇 (重結晶的關鍵),（1）理想的溶劑應符合下列條件： 不與被提純物質起反應。 樣品中被提純的組分在該溶劑中加熱時溶解度大而常溫下溶解度小，這兩者之差越大越好。 雜質在溶劑中溶解度大，可以留在母液中，不會結晶出來；或者溶解度極小，很難溶于熱溶劑中而過濾除去。 溶劑容易揮發，使結晶容易干燥。 被重結晶的有機物可以得到好的晶體。,（2）溶劑的選擇 粗選：經驗和“相似相溶”規則 表4-1 重結晶常用溶劑,精選：試管實驗篩選法。方法如下頁。 判斷標準：只有當溶劑的量在23mL內，試樣能全溶于沸騰的溶劑中，而在冷卻后有較多的結晶析出者，方可作為結晶的候選溶劑。通常要做出幾種溶劑試驗，相互比較，選出結晶速度適當，產率高者，作為最佳溶劑。,沒有合適的單一溶劑，可使用混合溶劑。 混合溶劑篩選方法： 選用兩種互溶的溶劑，其中一種必須對樣品是易溶的，另一種則是難溶或不溶的。將少量的樣品溶于易溶的溶劑中，然后向其中逐漸加入已預熱的難溶溶劑，至溶液剛好出現混濁為止。再滴加12滴易溶溶劑，使混濁消失。冷卻，結晶析出，則這種溶劑適用。紀錄兩種溶劑的體積比。實際操作時，可按上述程序進行，也可按比例配制好后使用。,4.2.3 操作技術,工作程序：熱飽和溶液配制熱過濾冷卻析晶減壓抽濾晶體洗滌干燥目標物,（1）溶解：加入溶劑要適量。(一般所加的溶劑比被結晶物制成飽和溶液多20%左右。),熱飽和溶液配制：將待結晶的物質和略少于需要量的溶劑置于燒瓶或錐形瓶中，（裝上冷凝器）加熱至沸騰。若未完全溶解時，可補加少量溶劑，直至沸騰時能夠完全溶解為止。但要注意判斷是否有雜質存在，以免加入溶劑過量。 注意事項： 一般溶劑的量是按飽和溶液的需要量多加20%，這是一個參考值，在實際工作中，主要由實驗確定。 溶液中的顏色或樹脂狀懸浮物可通過加入15%的活性碳進行脫色?；钚蕴嫉牧坎灰诉^多，且必須在樣品溶解完全后，等溶液稍冷之后再加入。此后，再加熱510min。 使用易燃、有毒溶劑時，應注意裝上冷凝器和避免使用明火加熱。,（2） 熱過濾：為除去固體雜質或為脫有色雜質的顏色而加入的活性C，一定要趁熱過濾。其技術？,熱過濾：（要求盡可能在較短時間內和溶液保溫下完成） 利用折疊濾紙和預熱的普通漏斗進行的重力過濾法。漏斗預熱方法有兩種：沸騰溶劑直接預熱，適用于水溶劑，裝置如圖41；用保溫熱水漏斗套保溫過濾，適用于所有溶劑，裝置及加熱方法如圖。保溫漏斗夾層中的水量一般為2/3，過濾前應預先將其加熱到所需要的溫度，然后熄滅火源即可起到保溫過濾作用。 濾紙折疊方法：折疊濾紙可提高過濾速度。扇形濾紙是其中常用的一種，其折疊方法如下圖。使用前將濾紙內外翻轉即可。,圖4-1 常壓熱過濾和減壓過濾裝置,圖4-2 扇形濾紙的折疊方法,（3) 結晶：濾液在放置冷卻過程中，溶質的溶解度隨母液的溫度降低而減小，會有結晶逐漸析出。其技術？,析晶：有自然冷卻法和強制冷卻法兩種。 自然冷卻法/室溫冷卻法析晶較慢，效果較好。強制冷卻法/快速冷卻法析晶較快。若攪拌會使結晶顆粒較細，其表面常會吸附雜質；但結晶速度過慢，將導致晶體顆粒過大，結晶中會包藏有溶液和雜質。 誘導結晶的方法：玻棒擦壁；晶種法；,(4) 減壓過濾與干燥： 減壓過濾-母液與結晶分離。 洗滌-晶體表面的母液和雜質，要用重結晶的溶劑洗。 干燥-抽濾得到的結晶總附有少量溶劑。其方法？,固液分離和結晶洗滌 固液分離：用減壓抽濾法完成，瓶中殘留結晶的轉移可用少量母液反復沖洗完成。將晶體盡量抽干，必要時可用玻璃塞或鎳刮刀擠壓晶體。 洗滌：停止抽氣，滴加少量的洗滌液潤濕晶體表面，再抽干。依次反復2-3次。如果結晶較多且又緊密時，可在加入洗滌液后，用鎳刮刀將結晶輕輕掀起并加以攪動，使全部結晶濕潤。最后用刮刀將結晶移至干凈的表面皿上進行干燥。,減壓抽濾技術：使用的是布氏漏斗（Buchner）。篩板上的濾紙大小應和布氏漏斗底部恰好合適，抽濾前用溶劑潤濕濾紙并與漏斗底部貼緊。在過濾過程中漏斗里應一直保持有較多的溶液。在未過濾完以前不要抽干，同時注意調節真空度以防止由于壓力過低而導致溶液沸騰。方法是用手稍稍捏住抽氣管，使吸濾瓶中仍保持一定的真空度，而能繼續迅速抽濾。,4.3 多步結晶,當某個待純化的樣品中含有兩個以上的成分，難以用簡單的重結晶法得到純組分時，可以用分步結晶法來完成純化工作。,4.4 升華技術,目的：分離易揮發且熱穩定的固體物質，是一種純化固體有機物的方法之一 。 條件：固體物質必須在其熔點之下具有相當高蒸氣壓。 （1）基本原理：物質從固態不經過液態而直接轉變為蒸氣，然后物質的蒸氣不經過液態又直接轉變為固態的過程。即：固體氣體固體,物質的三相平衡圖：當物質處于一定溫度和壓力時，其固、液、氣三相處于平衡狀態，該條件稱為物質的三相點。一般說來，不同的物質具有不同的三相點。,P,T,Liquid,Solid,Gas,圖4-3 物質的三相平衡圖,圖4-4 常壓升華裝置 圖4-5 減壓升華裝置,（2） 裝置及操作：常壓升華 減壓升華,（3）常用升華法分離的物質,升華法只適用于純化那些在不太高溫度下又足夠蒸氣壓（高于20mmHg）的固體物質。下表列出了一些固體化合物在熔點時的蒸氣壓。,注意事項： 升華操作的關鍵是加熱速度不能太快，否則蒸氣壓會超過三相點的壓力，物質將會由固體直接轉變為液體，導致升華失敗。 冷卻面與升華物質的距離盡可能近些。 因升華發生在固體物質的表面，所以應將待升華物質預先研細。 圖（a）中，在蒸發皿和漏斗連接