化学分离与富集实验讲义
昆明理工大学基础化学实验中心
2012-12
实验一 表面活性剂增溶增敏的应用
实验目的
1、了解不同性质的表面活性剂在溶液的作用原理； 2、了解表面活性剂的增溶、增敏在光度法中的应用； 3、熟悉分光光度计的使用。
实验原理
表面活性剂，包括阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂、两性离子表面活性剂。(I)阴离子表面活性剂：此类表面活性剂在水溶液中会离解为带负电荷的离子(阴离子)和带正电荷的离子(阳离子)，而阴离子是其表面活性的载体。(2)阳离子表面活性剂：此类表面活性物质在水溶液中亦会离解成阴、阳离子，而阳离子是其表面活性的载体。(3)非离子表面活性剂：此类表面活性物质在水溶液中不会离解成离子．在水中的溶解度主要靠它的极性基团提供的，其表面活性的载体是它的极性基团。(4)两性表面活性剂：此类表面活性物质在水溶液中，于同一分子内不但含有正电荷，而且还含有负电荷，它是根据组成和介质的pH 值来决定它的阴离子或阳离子的性质。尽管表面活性剂有不同的结构和极性基团，在不同的介质中表现出不同的特性，但对大多数的表面活性剂而言，仍有其共同的特征。表面活性剂最重要的两个特征是在界面上吸附的趋向性和在各种条件下形成具有各种结构的分子聚集体 ，如：胶束、反胶束。表面活性剂分子溶于水后会不停地旋转，最终找到亲水基与憎水基的恰当位置而基本固定下来，相互靠在一起，形成形状、大小不一的胶束或胶团(如图3所示)。
这种情况容易在逐渐提高表面活性剂浓度而达到某一个浓度数值以上时发生。该浓度称为临界胶束浓度(用CMC表示)。
1、增溶作用
当水溶液中表面活性剂的浓度大于临界胶束浓度时生成胶团或胶束，通过加热与搅拌，体系中难容性成分（显色剂、显色化合物）分散为很小的微粒，被包裹在大量的胶束与胶团之中而间接溶入了体系。表面活性剂的这种能增大不溶物溶解度的作用就叫增溶作用。
2、增敏作用
显色化合物在有表面活性剂胶束存在或不存在时的吸收光谱，往往有明显的不同。通常
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是由于生成了新的化合物— 胶束配合物。胶束的存在，生成高配位化合物(所谓高次化现象)，被认为是胶束增效的主要原因。这属于介质和显色分子的特殊相互作用，特殊的相互作用所引起的吸收光谱的吸收波长，吸收强度改变。
例如：当pH＞6.3时，二甲酚橙与金属生成的螯合物一样呈红色无法使用，但在有阳离子表面活性剂（CTMAB）存在时，二甲酚橙的应用范围可以扩展到碱性范围，用这个特点，我们可以找到合适的条件测定试样中的铜。
仪器及试剂
仪器：U-1901紫外分光光度计 、1cm比色皿、25ml比色管 、10ml移液管
试剂：10μg/ml铜标液、0.02mol/LCTMAB水溶液、0.2%二甲酚橙水溶液、氨-氯化铵缓冲溶液（pH=10）
实验部分 实验方法：
1 测定酸度为pH=10的二甲酚橙水溶液的吸收曲线
取2中加入0.02mol/L的CTMAB0.00ml的试液，以试剂空白作为参比，作二甲酚橙水溶液的吸收曲线。
（取25ml的比色管，分别加入0.2%二甲酚橙水溶液2.00ml，pH=10的氨-氯化铵缓冲溶液5.00ml, 稀释至刻度线，摇匀，静置十分钟，以试剂空白作为参比，作吸收曲线。）
2 CTMAB的量对显色剂的退色效果
取（6只）25ml的比色管，分别加入0.2%二甲酚橙水溶液2.00ml，pH=10的氨-氯化铵缓冲溶液5.00ml,然后依次加入0.02mol/L的CTMAB0.00、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00ml，稀释至刻度线，摇匀，静置十分钟，以各自的试剂空白作为参比，作吸收曲线。
3 测定Cu2+与二甲酚橙水溶液的吸收曲线
取4中加入0.02mol/L的CTMAB 0.00ml的试液，以试剂空白作为参比，作Cu2+与二甲酚橙水溶液的吸收曲线。
（取25ml的比色管，分别加入0.2%二甲酚橙水溶液2.00ml，10mg/L铜标液2.00ml，pH=10的氨-氯化铵缓冲溶液5.00ml, 稀释至刻度线，摇匀，静置十分钟，以试剂空白作为参比，作吸收曲线。）
4 CTMAB的量对显色化合物的曾敏效果
取（6只）25ml的比色管，分别加入0.2%二甲酚橙水溶液2.00ml，10mg/L铜标液2.00ml，pH=10的氨-氯化铵缓冲溶液5.00ml, 然后依次加入0.02mol/L的CTMAB 0.00、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00ml，稀释至刻度线，摇匀，静置十分钟，以各自的试剂空白作为参比，作吸收曲线。
问题讨论
1 实验中存在那些可能影响因素影响吸收曲线的变化？ 2 对1-2、3-4作对比各自能得出什么样的结论？ 3 本实验最终加入表面活性剂的影响结论是什么？
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实验二 溶剂萃取分离微量镍的条件试验
一、实验目的
1 掌握溶剂萃剂分离微量镍的原理及操作。
2 了解控制酸度，丁二酮肟加入量等条件的重要性。
二、实验原理
溶剂萃取分离方法是利用亲水性（水合）阳离子与萃取剂形成中性疏水螯合物后，溶于合适的有机萃取溶剂如氯仿、正丁醇中被提取出来的方法。相反，利用一种新的不含被萃取物的水相（反萃剂）与萃取液接触，使被萃取物返回水相的过程叫反萃取，可进一步提高溶剂萃取的选择性。
本实验用以柠檬酸钠作掩蔽剂，在一定碱度下，镍离子与丁二酮肟生成溶解度很小的红色螯合物沉淀，用正丁醇作为萃取溶剂，稀氨水洗涤除去共存元素，稀盐酸反萃回水相。反应式如下：
引入疏水基
疏水
溶于正丁醇
亲水在氨溶液中，碘存在下，镍与丁二酮肟作用，形成组成比为1：4的酒红色可溶性络合物，于波长530nm测定其吸光度。
为了使测定结果有较高的灵敏度和准确性，必须选择适宜的测量条件，主要包括入射波长，萃取剂用量，有色溶液的稳定性，溶液酸度，反萃溶剂用量等。
三、试剂与仪器
试剂：100mg/L镍标准贮备液(准确称取金属镍(含量99.9％以上)0.1000g溶解在10 mL硝酸溶液(3.7)中，加热蒸发至近干，冷却后加硝酸溶液（3.7)溶解，转移到100 mL容量瓶中，用水稀释至标线）；10mg/L镍标准溶液。
碘溶液(0.05 mol／L)：称取12.7 g碘片(I2)，加到含有25g碘化钾(KI)的少量水中，研磨溶解后，用水稀释至1000 ml)；
丁二酮肟溶液(5 g／L)：称取0.5 g丁二酮肟溶解于50 ml氨水(3.2)中，用水稀释至100 ml)；丁二酮肟乙醇液(10 g／L)：称取1g丁二酮肟，溶解于100 ml乙醇(3.4)中)；
正丁醇；1：1氨水溶液，0.5mol/L氨水溶液；0.5mol/L盐酸溶液； 氨水-氯化铵缓冲溶液(pH＝10±0.2)：称取16.9氯化铵(NH4C1),加到143 mL氨水(3.2)中，用水稀释至250 mL)；
仪器：TU-1901紫外可见分光光度计，125mL分液漏斗，比色管，5mL吸量管。
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四、分离萃取方法
取5mL标样（含镍量10μg/L标液），置于125mL分液漏斗中并用水稀释至约10mL，加2mL的丁二酮肟乙醇溶液摇匀。加一滴1：1氨水，再加pH=10的氨水-氯化铵缓冲液1mL，溶液颜色由无色变成粉红色，加水至30 mL摇匀。用10 mL正丁醇萃取1-2min，静止分层后，分掉水相。加入5mL氨水溶液1：30振摇半分钟，洗涤有机相一次，分掉水相。加入5mL盐酸溶液0.5振摇1-2min，反萃镍。分层后将水相转入25mL比色管中，再用5mL水洗涤一次有机相，合并水相。
五、实验步骤
(1)空白试验
在测定的同时应进行空白试验，所用试剂及其用量与在测定中所用的相同，测定步骤亦相同，但用同体积的去离子水代替标样。
(2)条件实验
1．吸收光谱
按显色实验绘制镍与丁二酮肟络合物的吸收曲线，确定合适的测定波长。 2．酸度
按照上述分离萃取方法固定其它条件，改变氨水-氯化铵缓冲液的pH=（8.0，9.0，9.5，10.0，11.0），获得镍与丁二酮肟反应生成溶解度很小的红色沉淀的合适的酸度。
3．丁二酮肟用量
按照上述分离萃取方法固定其它条件，改变丁二酮肟用量（0.1，0.2，0.4，0.6，0.8mL）,获得镍与丁二酮肟反应生成红色沉淀的合适的用量。
4．稀氨水用量
按照上述分离萃取方法固定其它条件，改变稀氨水洗涤浓度获（1：90，1：60，1：30，1：10，1：1），得除去铜、钴杂质离子的最佳稀氨水浓度。
5．稀盐酸用量
按照上述分离萃取方法固定其它条件，改变反萃溶剂盐酸的浓度（0.1，0.25，0.5，0.75，1.0），获得返萃所用稀盐酸最佳浓度。
(3)显色实验
于上述条件实验试样中加1mL碘溶液加水至20mL摇匀，加2mL丁二酮肟溶液，摇匀。加水至标线，摇匀。（注：加入碘溶液后，必须加水至约20mL并摇匀否则加入丁二酮肟后不能正常显色）。
(4)测定
用1cm比色皿，以水为参比液，530nm波长下测量上述显色液的吸光度并减去空白试验所测的吸光度。
六、结果处理
1.绘制吸光度-波长曲线，找到合适的测定波长；2.绘制吸光度-碱度曲线，找到合适的测定碱度；3.绘制吸光度-萃取剂用量曲线，找到合适的萃取剂用量；4.绘制吸光度-氨水浓度曲线，找到合适的测定氨水浓度；5.绘制吸光度-盐酸浓度曲线，找到合适的反萃溶剂浓度。
七、思考题
1.实验中为什么要进行各种实验条件的试验？
2.如果试样中有某干扰离子，此干扰离子在测定波长处也有吸收，应如何处理？
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