第一节　半微量分离提纯技术

半微量分离提纯技术法操作接近常量法，技术比微量法易于掌握，设备也易获得，分析速度较常量法快，并且可节约试剂药品。特别适用于从事有机合成等研究却必须兼顾解决所遇到的有机分析问题的人员。

一、重结晶

从有机合成反应分离出来的固体粗产物往往含有未反应的原料、副产物及杂质，必须对它加以分离纯化，重结晶是分离提纯固体化合物的一种重要的、常用的分离方法之一。固体有机物在溶剂中的溶解度与温度有密切关系，通常温度升高，溶解度增大；反之，则溶解度降低。利用溶剂对被提纯物质和杂质溶解度的不同而使它们相互分离，滤掉杂质，冷却，使被提纯物质重新结晶析出，从而达到提纯目的，这种方法称为重结晶。

重结晶实验操作一般在试管中进行，用图1-1所示的微量烧杯（ф15mm×50mm）尤为合适，也可用梨形瓶或小锥形瓶（瓶容积5mL或10mL）。把被提纯物质及溶剂加入，溶液总量不超过容器容量的2/3。加热时，用试管夹夹住试管在半微量或微量煤气灯下加热，也可以用水浴或油浴来加热（根据溶剂的沸点和易燃性，选择适当的热浴加热）以控制加热温度。水浴或油浴可在150mL烧杯中进行。

有时为了避免溶剂挥发及可燃溶剂着火或有毒溶剂中毒，需要采用回流装置。半微量回流加热装置常采用在试管口插入指形冷凝管的方式，如图1-2（a）所示，也可以用一般冷凝管插在磨口梨形瓶上（瓶容积5mL、10mL或25mL），如图1-2（b）、（c）所示。

在溶解过程中应不停振荡或搅拌，以防暴沸。为了避免晶体析出太快，致使下一步过滤发生困难，可以适当多加一些溶剂，使大约比溶剂沸点低10℃时形成饱和溶液。

当物质全部溶解后，即可趁热过滤（若溶液中含有色杂质，则要加活性炭脱色。这时应移去火源，使溶液稍冷，然后加入活性炭，继续煮沸1～2min，再趁热过滤）。可用多折滤纸及普通玻璃漏斗过滤，也可用吸滤法。①当用多折滤纸及普通玻璃漏斗过滤时，先将漏斗（口径20～30mm，颈长10mm）烘热，铺上滤纸；再用预热过的溶剂淋洗滤纸，立即倒入热溶液。滤毕，用少量预热溶剂淋洗滤纸。②吸滤时用ф25mm×150mm带有侧管的吸滤管，漏斗用口径20～30mm、柄长35mm的普通玻璃漏斗，漏斗中安放一块细孔磁漏板或玻璃钉作承滤板，如图1-3所示。也可以用如图1-4所示的过滤器直接将滤液收集于锥形瓶中。这种吸滤器高100mm，内径45mm。用各种不同高度的软木塞作底座，可随意安放5mL、10mL或25mL锥形瓶接收滤液。

过滤完毕，将盛滤液的锥形瓶松开，塞上瓶塞，在室温或冰箱中冷却。为了促使结晶析出，必要时可用玻棒（或不锈钢刮匙）摩擦器壁以形成粗糙面（使溶质分子呈定向排列而形成结晶的过程较在平滑面上迅速和容易），或加入几颗“晶种”（同一物质的晶体，供给定型的晶核，使晶体迅速形成）。若溶剂太多，结晶不易析出时，可在热浴上加热蒸发以除去一部分溶剂（注意防止暴沸！）。结晶析出后，用上述吸滤装置过滤收集。待母液吸干后，停止抽气，用滴管滴几滴溶剂于结晶上，用不锈钢刮匙（ф3mm×150mm不锈钢丝制成，如图1-5所示）将结晶轻微搅动（注意勿刮破滤纸！），使全部晶体均受润湿，再吸滤。如此拌洗两三遍，最后用平头玻棒将晶体挤压干得到晶体饼。取下漏斗，用持着漏斗的手的小指轻轻顶一下玻璃钉末端即可将整块压紧的晶体饼块顶出，然后用刮匙拨入表面皿中，如图1-6所示。

抽滤和洗涤后的结晶，表面上还吸附有少量溶剂，因此尚需用适当的方法进行干燥。固体的干燥方法很多，可根据重结晶所用的溶剂及结晶的性质来选择。常用的方法有如下几种。

①空气晾干：将抽干的固体物质转移到表面皿上铺成薄薄的一层，再用一张滤纸覆盖以免沾染灰尘，然后在室温下放置，一般要放几天后才能彻底干燥。

②烘干：一些对热稳定的化合物可以在低于该化合物熔点的温度下进行烘干。实验室中常用红外线灯或用烘箱、蒸气浴等进行干燥。

③用滤纸吸干：有时晶体吸附的溶液在过滤时很难抽干，这时可将晶体放在两三层滤纸上，上面再用滤纸挤压以吸出溶剂，然后置干燥器中干燥。此法的缺点是晶体上易沾上一些滤纸纤维。

少量结晶样品的干燥可以在如图1-7所示的简易干燥器中进行，这种干燥器是用20mm口径的硬质试管或玻璃管改装制成的。

在进行重结晶时，选择理想的溶剂是一个关键，理想的溶剂必须具备下列条件：

①在较高温度时（溶剂沸点附近），试样在溶剂中溶解度比在室温或较低温度下的溶解度大许多（至少大3倍）。

②杂质与样品在这个溶剂中的溶解度相差很大。比如，在较高温度时，杂质在溶剂中的溶解度很小，趁热过滤可以将它除去；或者在较低温度时，杂质在该溶剂中溶解度很大，溶液冷却后它不至于随样品一同结晶析出。

③它与待纯化的样品不发生化学反应。

④试样在其中能形成良好的晶体析出。

⑤沸点在30～150℃之间。沸点过低溶剂易挥发逸失，造成过滤等操作时的麻烦；沸点太高不易将结晶表面附着的溶剂除去。

⑥廉价，无剧毒。

常用的溶剂见表1-2。

溶剂的选择全凭经验。大致说来，物质易溶在结构相似的溶剂中。当找不到符合上述条件的单纯溶剂时，可以考虑混合使用一种“良溶剂”（即样品在其中溶解度较大的溶剂）和一种“劣溶剂”（即样品在其中溶解度较小的溶剂），这两种溶剂本身应该是互溶的。操作方法是：先将样品溶解在少量良溶剂中，加热，再向这个热溶液中，逐滴加入已预热的劣溶剂，直到溶液刚好出现混浊时为止。再滴入一滴良溶剂使混浊消失，然后执行前面操作，冷却，待结晶析出。常用的混合溶剂有乙醇-水，乙醚-甲醇，醋酸-水，乙醚-丙酮，丙酮-水，乙醚-石油醚，吡啶-水，苯-石油醚等。

二、蒸馏

蒸馏是提纯物质和分离混合物的一种方法，通过蒸馏还可以测出化合物的沸点，因此它对鉴定纯粹的液体有机化合物也具有一定的意义。

液体的分子由于分子运动有从表面逸出而在液面上部形成蒸气的倾向，这种倾向随着温度的升高而增大。当分子由液体逸出的速度与分子从蒸气中回到液体中的速度相等时，即形成饱和蒸气，饱和蒸气对液面所施的压力，称为饱和蒸气压。当液体的蒸气压增大到与外界施于液面的总压力（通常是大气压力）相等时，就有大量气泡从液体内部逸出，即液体沸腾，这时的温度称为液体的沸点。将液体加热至沸，使液体变为蒸气，然后使蒸气冷却再凝结为液体，这两个过程的联合操作称为蒸馏。利用半微量蒸馏装置，当被提纯物质与杂质沸点不同时，通过蒸馏的方法可以进行液体混合物分离提纯。

应用分馏柱使几种沸点相近的混合物分离的方法称为分馏，实际上分馏就是多次的蒸馏。

水蒸气蒸馏是分离和纯化有机物质的常用方法。当与水不相混溶的物质和水一起存在时，整个体系的蒸气压应为各组分蒸气压之和。当混合物中各组分蒸气压的总和等于外界大气压时，这时的温度即为它们的沸点。这时的沸点必定较任一个组分的沸点都低。因此，在常压下应用水蒸气蒸馏，就能在低于100℃的情况下将高沸点组分与水一起蒸发出来。此法特别适用于分离那些在其沸点附近易分解的物质，也适用于从不挥发物质或不需要的树脂状物质中分离出所需的组分。

图1-8所示为各种半微量蒸馏仪器。用这些仪器可蒸馏5～25mL的液体。如果操作细致小心，也可以处理2～5mL的液体。

进行较精密的分馏时，液样取量要多一些。容积在2mL以下的液体的分馏操作，对于初学者是较困难的，因为滞留量小，分馏效率高的分馏仪器很难做到。图1-9所示的是一般的半微量分馏装置。对那些在常压蒸馏时未达沸点即已受热分解、氧化或聚合的物质，宜采用减压蒸馏。图1-10所示为半微量减压分馏装置。常用的半微量水蒸气蒸馏装置如图1-11所示。其特点在于蒸馏瓶插在水蒸气发生器中，这样可以防止水汽凝结在管中。

进行蒸馏前，需要准备两个接收器，因为在达到需要物质的沸点之前，常有沸点较低的液体先蒸出。这部分馏液称为“前馏分”或“馏头”。前馏分蒸完，温度趋于稳定后，蒸出的就是较纯的馏出物质，这时应更换一个洁净干燥的接收器进行接收。记下这部分液体开始馏出时和最后一滴馏出时的温度读数，即是该馏分的沸程。一般液体中或多或少会有一些高沸点杂质，在所需要的馏分蒸出后，若再继续升高加热温度，温度计读数会显著升高；若维持原来加热温度，就不会再有馏液蒸出，而且温度会突然下降，这时就应停止蒸馏。即使杂质含量极少，也不要蒸干，以免蒸馏瓶破裂造成其他意外事故。

三、升华

在某些情况下，升华纯化法比重结晶纯化法更有效，尤其当处理少量样品时更是如此。升华是纯化固体有机化合物的一个方法，严格来说，升华是指物质自固态不经过液态而直接转变成蒸气的现象。然而对有机化合物的提纯来说，是利用有机物在高温下升华，通过各组分升华温度不同，再重新结晶达到分离提纯目的。从理论上来说，任何固体有机化合物凡能够在常压或减压下进行蒸馏而不分解的都可以进行升华；但是实际上，如果一个固体样品在它的熔点20～50℃以下，减压至数微米汞柱，加热数小时仍不升华时，则不能借升华法来纯化它。

图1-12是一种常用的少量物质的半微量升华仪器，它是由一截ф25mm×100mm玻璃管制成，底部呈圆球形，球直径是30mm；冷凝管长约120mm，中部外径8mm，底部呈蘑菇形，其头最宽部分外径24mm，末端距管底8～10mm。升华出来的晶体落在蘑菇边沿浅沟中。

可以借分级升华来分离混合物样品。操作步骤是：将底部铺有约10mg样品的升华管插入加热溶液中5～6mm深，减压至5～20mm汞柱（0.67～2.67kPa）。首先在40～50℃下加热30min，如果无升华现象发生，再升高10～15℃温度加热0.5～1h。如此逐步进行加热，一直到有升华物凝聚在冷凝管末端为止。当约有1mg升华物形成后，缓缓放入空气，将冷凝管小心取出，刮下其上的晶体，进行显微镜鉴定或熔点测定。用溶剂淋洗冷凝管，并将洗液收集在一表面皿上，以便待溶剂挥发后再回收一部分晶体。将洗净并擦干的冷凝管插回升华管中，继续升高温度进行第二级分的升华。如此反复进行，可收得6～8个级分，根据熔点测定，可以了解分级情况。

四、萃取

萃取是利用物质在两种不互溶（或微溶）溶剂中溶解度或分配比的不同来达到分离、提取或纯化目的的一种操作。有机分析中常用与水不混溶的有机溶剂自水溶液中萃取有机物。使用的最简易的仪器是10～30mL的分液漏斗。用2～5mL溶剂在试管中萃取少量物质时，可以用如图1-13所示的半微量分液管装置。