分离科学

分离科学，是研究分离、富集和纯化物质的一门学科。

基本介绍

分离科学是研究分离、富集和纯化物质的一门学科。从本质上讲，它是研究被分离组分在空间移动和再分布的宏观和微观变化规律的一门学科。分离过程中伴随着分离与混合(或定向移动与扩散)、浓集与稀释及某些情况下分子构象的变化与其自然形态以及可逆或不可逆的过程。近年来，由于精细化工、生物技术和材料科学等新兴学科的发展，加之计算机和现代分离手段的广泛应用，促使分离科学的基础理论日臻完善，技术水平不断提高，使其逐渐发展成为一门相对独立的学科。

目的

（1）分析前样品处理：检测灵敏度、仪器的需要

（2）结构鉴定：红外、核磁、质谱

（3）获取有用物质：天然产物提取分离

（4）除去有害物质：如除去废水中的重金属（选择性吸附或沉淀分离法）

技术特点

（1）分离对象种类繁多：合成、天然

（2）分离的目的各不相同：一般工业上为了获得有用物质；实验室是为了后续分析。

（3）分离规模差异很大：结构鉴定微克级、工业生产上吨计的大规模分离纯化。

（4）分离技术形形色色：色谱技术为核心

（5）应用领域极为广泛 化工、医药、食品、环境等，是推动其他学科发展的动力。

主要内容

（1）研究分离过程的共同规律，主要包括用热力学原理讨论分离体系的功、能量和热的转换关系，以及物质输运的方向和限度；用动力学原理研究各种分离过程的速度与效率；研究分离体系的化学平衡、相平衡和分配平衡。（物理化学、化工原理）

（2）研究基于不同分离原理的分离方法、分离设备及其应用。

基本要求

1）分离因子尽可能的高；（回收率高）

（2）消耗的分离材料、设备和能源费用尽可能少；

（3）分离操作简单、速度快；

（4）分离纯度尽可能的高。

重要性

（1）认识物质世界的必经之路：获得纯物质、鉴定结构、了解物理、化学性质

（2）各种分析技术的前提：去除干扰、提高检测限（浓缩、富集）

（3）其他学科发展的基础：天然产物提取与分离、环境科学、有机化学、食品科学等

（4）获取有用物质的手段：纯净水、精盐、天然色素

过程本质

·分子迁移——费克第一扩散定律

·

·流体的迁移

·带的迁移

·有流存在下的溶质运输

过程作用

l静电相互作用（离子键或带电荷的分子）

l范德华力（永久偶极作用、诱导偶极作用、色散力）

l氢键

l电荷转移相互作用（形成配合物）

l疏水相互作用

物质性质

物理性质

力学性质、电磁性质、输送性质、热力学性质

密度、摩擦、表面张力、熔点、沸点、临界点、溶解度、蒸汽压、分配系数、吸附、电导率、扩散系数

化学性质

热力学性质、反应速率

化学平衡常数、化学吸附平衡常数、解离常数、反应速率常数、电离电势

生物学性质

生物亲和力、生物吸附平衡、生物学反应速率常数

物质分类

1）物理分离法：利用物理性质，采用适当的物理手段进行分离，如离心、蒸馏；

（2）化学分离法：按被分离组分化学性质差异，通过适当的化学过程使其分离。如沉淀分离、溶剂萃取、色谱分离、选择性溶解；

（3）物理化学分离法：按被分离组分的物理化学性质差异进行分离。如电泳、区带熔融、膜分离。

本质分类

（1）平衡分离过程

利用外加能量或分离剂使混合物体系形成两相界面，通过两相界面的平衡关系使均相混合物得以分离。如液-液萃取（达到平衡时的分配系数不同）；结晶（固-液平衡）；蒸馏（液-气平衡）

（2）速度差分离过程

利用外加能量，强化特殊梯度场（重力梯度、压力梯度、温度梯度、浓度梯度、电位梯度等）。如高速或超速离心强化离心力场，使用过滤材料强化不同物质移动的速度差。电泳强化离子移动速度差等。一般用于非均相混合物的分离。

（3）反应分离过程

利用外加能量或化学试剂，使发生化学反应或化学反应被促进，达到分离目的方法。

例如:烟道气脱硫工艺中，将SO3与石灰水作用生成石膏分离；污水中有机物被微生物分解为CO2和水而分离。

评价

（1）回收率

（2）分离因子

（3）富集倍数

（4）其它：成本、环境污染等