现代分离方法与技术（丁明玉）（第三版）

《现代分离方法与技术》（第三版）共11章内容，在简要介绍分离方法的基本概念和基本原理(分离过程的热力学和动力学、分子间的相互作用等)的基础上，对科学研究和生产实际中应用广泛的主要分离技术(液相萃取、固相萃取、色谱分离、膜分离、电化学分离等)进行了重点阐述。 本书在编写过程中，力图兼顾基础理论与实际应用两方面，在对几种常用分离技术作比较充分完整论述的前提下，尽可能多地介绍了一些具有良好应用前景的新型分离技术及其应用，如快速索氏提取、滴对滴溶剂微萃取、悬滴式微萃取、QuEChERS法、磁分散固相萃取、亲和固相萃取、浊点萃取、超分子分离中的葫芦脲主客体配合物等。 《现代分离方法与技术》（第三版）可作为化学、药学、化学工程、生命科学、材料科学、农学、环境等学科高年级本科生和研究生学习分离科学课程的教材或主要参考书，也可供从事相关科研和生产的科技工作者参考之用。

丁明玉，清华大学化学系，教授，博导，丁明玉，现任清华大学化学系分析化学研究所教授，博士生导师，多年来一直为化学系本科高年级学生和全校相关专业研究生（硕士和博士）讲授“现代分离方法与技术”课程。现任中国色谱学会理事、中国仪器仪表协会分析仪器学会常务理事、全国离子色谱专业委员会副主任，《色谱》、《分析试验室》、《生命科学仪器》等杂志编委。

第1章绪论1

1.1分离科学及其研究内容1

1.2分离科学的重要性3

1.3分离过程的本质4

1.4分离方法的分类5

1.4.1按被分离物质的性质分类6

1.4.2按分离过程的本质分类6

1.4.3场-流分类法8

1.5分离方法的评价9

1.6分离技术展望10

复习思考题11

参考书目12

第2章分离过程中的热力学13

2.1化学平衡13

2.1.1封闭体系中的化学平衡14

2.1.2敞开体系的化学平衡17

2.1.3有外场存在时的化学平衡18

2.2分配平衡19

2.2.1分配等温线20

2.2.2分配定律21

2.3相平衡22

2.3.1单组分体系的相平衡22

2.3.2双组分体系的相平衡24

复习思考题26

参考书目26

第3章分离过程中的动力学27

3.1分子迁移——费克第一扩散定律27

3.2流体的迁移与扩散30

3.3带的迁移——费克第二扩散定律32

3.4有流存在下的溶质输运33

复习思考题34

参考书目34

第4章分子间相互作用与溶剂特性35

4.1分子间相互作用35

4.1.1静电相互作用36

4.1.2范德华相互作用37

4.1.3氢键39

4.1.4电荷转移相互作用39

4.1.5π相互作用41

4.1.6亲和作用44

4.1.7分子间相互作用总能量45

4.2物质的溶解与溶剂极性46

4.2.1物质的溶解过程46

4.2.2溶剂的极性47

4.3疏水相互作用50

复习思考题53

参考文献53

参考书目53

第5章液相萃取54

5.1溶剂萃取54

5.1.1萃取平衡55

5.1.2主要萃取体系58

5.1.3影响溶剂萃取的因素65

5.1.4连续萃取67

5.1.5溶剂微萃取68

5.2固-液萃取72

5.2.1索氏提取72

5.2.2超声波及微波辅助溶剂萃取73

5.2.3加速溶剂萃取75

5.3胶团萃取76

5.3.1胶团的形成77

5.3.2胶团萃取机理79

5.3.3影响反胶团萃取的主要因素81

5.3.4反胶团萃取在生物样品分离中的应用82

5.4双水相萃取84

5.4.1双水相体系的形成与分配机理84

5.4.2双水相体系的相图86

5.4.3双水相萃取体系的影响因素87

5.4.4双水相萃取的应用88

5.5超临界流体萃取90

5.5.1原理及其特性90

5.5.2萃取过程与装置92

5.5.3影响超临界流体萃取的因素93

5.5.4超临界流体萃取的应用95

5.5.5超临界流体萃取联用技术96

5.6溶剂微胶囊萃取97

5.6.1溶剂微胶囊的制备98

5.6.2溶剂微胶囊萃取的特点98

5.6.3溶剂微胶囊萃取的应用98

复习思考题99

参考文献99

第6章固相萃取101

6.1常规柱固相萃取101

6.1.1原理与类型101

6.1.2仪器与操作102

6.1.3固相萃取应用105

6.2固相微萃取105

6.2.1固相微萃取技术原理与特点105

6.2.2固相微萃取方式107

6.3分散固相萃取109

6.4磁分散固相萃取110

6.5基质固相分散萃取111

6.6亲和固相萃取112

6.7限进介质固相萃取113

6.8浊点萃取114

复习思考题115

参考文献115

参考书目116

第7章色谱分离原理117

7.1概述117

7.2色谱过程及其分类117

7.3区带迁移119

7.4色谱保留规律121

7.4.1基本关系121

7.4.2气相色谱保留规律123

7.4.3液相色谱保留规律124

7.4.4洗脱的普遍性问题126

7.5谱带展宽127

7.5.1色谱峰特征描述127

7.5.2通过多孔介质的流动128

7.5.3速率理论130

7.5.4折合参数133

7.5.5柱外效应135

7.5.6等温线的影响137

7.5.7峰形模型137

7.6分离度138

7.6.1分离度与色谱柱特性139

7.6.2色谱分离条件的优化指标142

7.6.3色谱柱的峰容量142

7.7分离时间143

7.8多维色谱144

7.8.1概述144

7.8.2二维液相色谱146

复习思考题149

参考书目150

第8章制备色谱技术151

8.1制备薄层色谱法151

8.1.1常规制备薄层色谱法151

8.1.2加压制备薄层色谱法154

8.1.3离心制备薄层色谱法155

8.2常规柱色谱技术156

8.2.1常规柱色谱法156

8.2.2干柱色谱法165

8.2.3减压柱色谱法166

8.3加压液相色谱技术166

8.3.1加压液相色谱制备分离方法的建立167

8.3.2制备加压色谱对设备的要求170

8.3.3快速色谱法172

8.3.4低压和中压液相色谱法173

8.3.5高压制备液相色谱法174

8.4逆流色谱法175

8.4.1液滴逆流色谱法176

8.4.2旋转小室逆流色谱法176

8.4.3离心逆流色谱法177

8.4.4高速逆流色谱法178

8.5超临界流体色谱法181

8.5.1SFC原理和仪器181

8.5.2SFC色谱柱181

8.5.3SFC流动相182

8.5.4SFC应用183

8.6模拟移动床色谱法183

8.6.1SMB色谱法的基本原理183

8.6.2工作参数的选择185

8.7制备气相色谱法186

8.7.1色谱柱与装置187

8.7.2操作187

8.8径向柱色谱法188

8.9顶替色谱法189

8.9.1填料类型190

8.9.2顶替剂的选择190

8.9.3操作参数190

复习思考题190

参考书目191

第9章膜分离193

9.1概述193

9.1.1膜分离技术的发展及特点193

9.1.2分离膜和膜组件194

9.1.3膜分离过程196

9.1.4膜分离技术的应用及发展方向196

9.2微滤、超滤和纳滤199

9.2.1微滤199

9.2.2超滤206

9.2.3纳滤209

9.3反渗透212

9.3.1反渗透原理与特点212

9.3.2反渗透膜213

9.3.3反渗透分离技术的应用214

9.4透析与正渗透215

9.4.1透析215

9.4.2正渗透216

9.5膜蒸馏及相关分离技术217

9.5.1膜蒸馏的特点217

9.5.2膜蒸馏用膜218

9.5.3膜蒸馏的应用218

9.5.4渗透蒸馏219

9.5.5气态膜过程219

9.6膜萃取220

9.7液膜分离221

9.7.1液膜的形成221

9.7.2液膜分离的机理222

9.7.3液膜分离的应用223

9.8亲和膜分离224

9.8.1亲和膜的分离原理224

9.8.2亲和膜224

9.8.3亲和膜分离方式226

9.8.4亲和膜的应用227

复习思考题227

参考文献227

参考书目228

第10章电化学分离法229

10.1自发电沉积法229

10.1.1基本原理229

10.1.2自发电沉积法的应用230

10.2电解分离法231

10.2.1基本原理231

10.2.2电解分离法的分类和应用233

10.3电泳分离法236

10.3.1分离原理236

10.3.2电泳法分类238

10.3.3等速电泳238

10.3.4等电聚焦电泳239

10.3.5凝胶电泳240

10.3.6薄膜电泳242

10.3.7双向电泳242

10.3.8毛细管电泳243

10.4电渗析分离法244

10.4.1基本原理244

10.4.2电渗析膜的制备245

10.4.3电渗析法的应用245

10.5化学修饰电极分离富集法246

10.5.1分离原理246

10.5.2修饰电极的应用实例247

10.6溶出伏安法249

10.6.1基本原理249

10.6.2溶出伏安法的应用249

10.7控制电位库仑分离法251

10.7.1基本原理251

10.7.2控制电位库仑分离法的应用251

复习思考题251

参考文献252

参考书目252

第11章其他分离技术253

11.1分子蒸馏253

11.1.1分子蒸馏技术原理253

11.1.2分子蒸馏装置254

11.1.3分子蒸馏技术的应用256

11.2分子印迹分离257

11.2.1分子印迹技术257

11.2.2分子印迹技术在分离中的应用259

11.3超分子分离体系261

11.3.1小分子聚集体超分子包接配合物261

11.3.2冠醚、穴醚主客体配合物262

11.3.3杯芳烃及其衍生物主客体配合物265

11.3.4环糊精主客体配合物271

11.3.5葫芦脲主客体配合物273

11.4泡沫吸附分离275

11.4.1泡沫吸附分离的概念与类型275

11.4.2泡沫吸附分离机理276

11.4.3泡沫吸附分离实验流程与应用277

11.5微流控芯片分离技术278

11.5.1芯片毛细管电泳279

11.5.2芯片多相层流无膜扩散281

11.5.3芯片液-液萃取283

11.5.4芯片上的其他分离技术284

复习思考题285

参考文献285

参考书目286

 

前言

本书自2006年出版第一版至今，由于广大同行读者的关注和厚爱，已被国内许多高校用作高年级本科生或研究生分离课的教材。2012年本书再版时，保持了第一版的章目和各章基本内容不变，对部分内容的阐述做了适当精简，腾出篇幅补充了一些新内容。时间又过去了7年，分离技术又有了一些新的发展，加之作者在教学过程中又有一些新的体会，故在第二版的基础上又对全书做了比较大的修改与补充，作为第三版奉献给广大读者。

首先，由于萃取分离技术的内容非常丰富，而且是应用最广泛的分离技术，所以第三版将萃取分离法（原第5章）拆分为液相萃取和固相萃取两章，并在内容上进行了重新梳理与优化。其次，其他各章新增的主要内容有：在第4章的分子间相互作用部分增加了π相互作用和亲和作用等内容；在第5章液相萃取中增加了快速索氏提取、滴对滴溶剂微萃取和悬滴式溶剂微萃取等内容；在第6章固相萃取中增加了QuEChERS法、磁分散固相萃取、亲和固相萃取、浊点萃取等内容；在第11章的超分子分离体系部分增加了葫芦脲主客体配合物。

第三版的修订工作全部由清华大学化学系丁明玉教授完成，在此感谢第一版和第二版参与编写的其他几位作者。

本书可作为化学、药学、生命科学、材料科学、农学、环境、化学工程等学科高年级本科生和研究生的教材，也可作为上述领域科技工作者的参考书。

此次改版虽力求质量能更上一层楼，但限于作者的水平，书中难免仍存不足与疏漏之处，衷心希望广大读者提出宝贵意见。

丁明玉

2019年9月于清华大学

第一版前言

分离科学是研究物质分离、富集和纯化的一门学科，与化学相关的学科领域都离不开分离技术，许多学科的发展在不同程度上也依赖于分离科学的进步。随着我国国民经济与科学技术的快速发展，分离技术也日新月异，在科学研究和工农业生产中扮演着越来越重要的角色。相应地，高校的化学专业也纷纷开设分离技术的必修课程，很多大学为了满足科研需要，还为相关专业的研究生开设了分离技术的选修课。尽管涉及分离技术的书籍不难找到，但大多是介绍单一分离技术的专著或是介绍少数几种分离技术的著作，或者是讨论化工分离过程的，而适合于兼作理工科各相关专业教材的、包括分离科学原理和多种主要分离技术的书则极少。很多大学开设分离课长期没有教材，清华大学化学系为本专业高年级本科生以及全校相关专业研究生开设分离课十几年，也一直没有教材。本书编著者丁明玉和陈德朴在清华大学化学系讲授分离技术课程多年，其他三位编著者也曾在清华大学化学系做过博士后研究，大家深感有必要编写一本分离技术的教材，但限于学术水平和时间，一直未敢贸然动笔。在化学工业出版社的多次鼓励下，终于鼓足勇气编写了这本书。

本书共10章。前4章为分离科学的概述和分离原理的简要介绍，主要包括分离过程中的热力学和动力学、分子间的相互作用与溶剂特性。第5章比较全面地介绍了多种萃取分离技术，除常规溶剂萃取外，还介绍了胶团萃取、双水相萃取、超临界流体萃取、固相（微）萃取、液相微萃取、微波辅助溶剂萃取、加速溶剂萃取、溶剂微胶囊萃取等新型萃取分离技术。第6、7两章介绍了色谱分离技术，书中没有展开讨论色谱分析技术中的各种分离模式，而是在第6章简要介绍了色谱分离的原理之后，在第7章专门介绍了目前在生物、医药和天然产物化学等领域应用非常广泛的制备色谱技术。第8章介绍了在分析样品前处理和工业上都有着广泛应用的膜分离技术。第9章介绍了电化学分离技术，虽然该分离技术的应用范围已经不很广泛，但在某些领域（如冶金）中仍然很有用。第10章简单介绍了分子蒸馏、分子印迹聚合物分离体系和超分子分离体系等三种新的分离技术以及泡沫吸附分离。

本书由清华大学化学系丁明玉副教授（编写第1~5章、第10章）、清华大学化学系陈德朴教授（参与第1~5章、第10章部分内容的编写）、天津大学药学院杨学东副教授（编写第6、7章）、青岛理工大学环境与市政工程学院马继平副教授（编写第8章）和北京化工大学理学院陈旭副教授（编写第9章）共同编写。天津大学药学院研究生郝英魁和丁小军参加了第6、7章的部分工作，特此致谢。

本书可作为化学、药学、化学工程、生命科学、材料科学等学科高年级本科生和研究生的教材，也可作为从事上述学科研究工作的科技人员的参考书。

仁者见仁，智者见智。由于编者的水平所限，书中难免存在不足和疏漏之处，衷心希望广大同仁多提宝贵意见。

编著者

2006年4月

第二版前言

本书第一版自2006年6月出版已有近6年时间，至今已重印5次。令我们感到欣慰的是本书第一版得到了广大同行的关注和厚爱，全国许多高校将此书用作本科高年级学生或研究生分离课的教材。这也鼓舞了我们不断完善此书的决心和信心。此次再版保持第一版的章目和各章基本内容不变，对原有部分内容的阐述适当精简，以便腾出篇幅补充一些新内容。

此次再版增加的新内容有：场-流分类法、分散液-液微萃取、超声波辅助溶剂萃取、搅拌棒固相微萃取、整体柱固相微萃取、固相微萃取膜、分散固相萃取与基质固相分散萃取、限进介质固相萃取、多维色谱分离、二维液相色谱法、正渗透、渗透蒸馏、气态膜过程、等速电泳、等电聚焦电泳、凝胶电泳、薄膜电泳、双向电泳、非水毛细管电泳和微流控芯片分离技术。

此次再版由清华大学化学系丁明玉教授负责第1～5章和第8～10章的修订，由天津大学药学院杨学东副教授负责第6章和第7章的修订。

本书可作为化学、药学、化学工程、生命科学、材料科学等学科高年级本科生和研究生的教材，也可作为从事上述学科研究工作的科技人员的参考书。

此次再版虽力求精益求精，但限于编者的学识，书中难免仍存在不足和疏漏之处，衷心希望广大同仁多提宝贵意见。

丁明玉

2012年1月于清华大学