《 分离科学》教学大纲.docx

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《分离科学》教学大纲

《分离科学》

教学大纲

济南大学化学化工学院

2011年5月修订

分离科学

SeparationScience

课程编码：

2306249学分：

2.0～4.0课程类别：

专业基础课

计划学时：

40～80其中讲课：

24～48实验或实践：

16～32

适用专业：

应用化学、化学、材料化学、生物技术等专业

推荐教材：

罗川南、李慧芝等编著，《分离科学基础》，科学出版社，2012年。

参考书目：

陈欢林编著，《新型分离技术基础》，化学工业出版社，2010年。

刘家棋编著，《分离过程与技术》，天津大学出版社，2001年。

吕一波、康文泽编著，《分离技术》，中国矿业大学出版社，2000年。

耿信笃著，《现代分离科学理论导引》，高等教育出版社，2001年。

蒋维均、余立新编著，《新型传质分离技术》（第二版）,化学工业出版社，2005年。

刘家棋编著，《分离过程与技术》，天津大学出版社。

2001年

武汉大学主编,《分析化学》第五版，高等教育出版社。

2006年

田亚平等编，《生化分离技术》，化学工业出版社，2006年。

张雪荣主编，《药物分离与纯化技术》，化学工业出版社，2005年

王湛编著，《膜分离技术基础》化学工业出版社，2000年。

课程的教学目的与任务

本课程为应用化学、化学、生物技术等相关专业学生的专业必修课程。

自然界的许多物质，大多数是以混合状态存在。

它们往往需要加以分离或提纯，才能为人们合理利用。

分离科学是研究物质分离、富集和提取的一门科学。

随着社会的进步，分离科学与技术得到了快速发展，现已广泛应用于化学、石油、冶金、食品、生化、医药、电子、原子能、教学和科研等部门，成为经济建设不可缺少的重要技术科学之一，是自然科学工作者必须掌握的关键技术手段。

本课程的开设旨在拓宽学生的知识面，使学生掌握常规分离方法和常用分离方法，了解新的分离方法。

课程的基本要求

本课程对常规的分离科学与技术作一详尽的介绍，力求既符合我国实际，又适当反映现代分离科学与技术的水平。

本课程采取常规分离和新发展分离方法相结合的办法，分析化学中的分离和工业中分离方法相结合，并以分析化学中分离方法为主导，将定性和定量的方法融为一体进行讨论。

同时进行一定的实验教学。

要求学生在完成课堂学习的同时，尽可能多地查阅相关资料，积极参加课堂讨论。

本课程是一门实践性较强的学科，要重视理论联系实际。

开设理论课程的同时，还开设实验课程。

要求学生掌握各种分离方法的基本原理，学会数据处理的基本方法。

课程采取师生互动教学方式，某些章节安排课程讨论、小组讲授或课下自学等学习方式，旨在提高学生关注度和学习兴趣。

各章节授课内容、教学方法及学时分配建议（含课内实验）

第一章：

绪论建议学时：

1～2

[教学目的与要求]了解分离科学所包含的内容，分离方法的分类、发展历史、现状、发展趋势；理解分离和富集的含义。

掌握分离方法的评价指标，了解分离方法的选择及本课程的要求。

[教学重点与难点]分离方法的评价。

[授课方法]以课堂讲授为主，引导学生课外查阅图书资料、写读书报告、课堂讨论为辅。

[授课内容]

第一节概述

一、分离过程

二、分离方法的分类

三、分离方法的发展

第二节分离和富集

一、分离和富集

二、常见的分离和富集

三、分离富集中应注意的问题

第三节分离方法的评价

一、分离方法的评价

二、分离方法的选择

第二章：

沉淀分离法建议学时：

2～4

[教学目的与要求]掌握沉淀分离法的基本原理并会运用沉淀分离法进行分离。

学习运用以前所学的知识，解决新问题。

[教学重点与难点]有机沉淀剂分离法、硫化物沉淀分离法。

[授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课后自学等方法为辅。

[授课内容]

第一节沉淀生成的条件

一、溶度积和溶度积规则

二、溶度积和溶解度的关系

三、影响沉淀溶解度的主要因素

四、沉淀的生成

第二节无机沉淀剂分离法

一、氢氧化物沉淀分离法

二、硫化物沉淀分离法

三、其它盐类沉淀

四、分步沉淀

第三节有机沉淀剂分离法

一、形成螯合物的沉淀剂

二、形成缔合物的沉淀剂

三、形成三元配合物的沉淀剂

第四节共沉淀富集分离法

一、无机共沉淀剂

二、有机共沉淀剂

第三章：

溶剂萃取法建议学时：

4～8

[教学目的与要求]掌握溶剂萃取技术的基本概念和基本原理。

[教学重点与难点]萃取过程的本质和萃取分离的基本参数。

[授课方法]以课堂讲授为主，引导学生课外查阅图书资料、写课程论文、课堂讨论和课后自学等方法为辅。

[授课内容]

第一节概述

一、基本概念

二、溶剂溶解度的相似原理

三、各类溶剂的互溶规律

四、特点

第二节萃取分离法的基本原理

一、萃取过程的本质

二、萃取分离的基本参数

三、萃取体系的分类

第三节形成螯合物的萃取体系

一、萃取平衡

二、萃取条件

第四节形成离子缔合物的萃取体系

第五节提高萃取率及选择性的方法

一、提高螯合物萃取的萃取率及选择性的方法

二、提高离子缔合物萃取率及选择性的方法

第六节萃取分离法的应用

＊第七节现代萃取分离技术

一、双水相萃取分离

二、胶团萃取分离

三、超临界流体萃取分离

＊第四章固相萃取分离法建议学时：

2～4

[教学目的与要求]了解固相萃取技术的出现和发展以及应用领域；掌握固相萃取的原理、优点、主要模式和操作过程；认识固相萃取的仪器、装置等。

了解固相微萃取技术的发展和应用领域；掌握固相微萃取的原理、萃取步骤、影响因素；认识固相微萃取的优点、装置和联用的仪器等；

[教学重点与难点]根据实际样品的具体情况选择正确的固相萃取模式和操作过程；根据实际样品的具体情况选择合适的固相微萃取纤维和建立高效的萃取分析方法。

[授课方法]以课堂讲授为主，引导学生课外查阅图书资料、写课程论文、课堂讨论和课后自学为辅等方法。

[授课内容]

第一节固相萃取分离技术

一、固相萃取分离技术的简介二、固相萃取的装置三、固相萃取的原理四、固相萃取的优点五、固相萃取的主要模式六、固相萃取的操作步骤七、固相萃取的应用八、固相萃取的仪器

第二节固相微萃取分离技术

一、概述

二、SPME的原理

三、SPME装置、萃取步骤和方法

四、SPME的影响因素

五、SPME的优点

六、SPME与分析仪器的联用技术

七、SPME的应用

八、SPME的发展前景

第五章：

离子交换分离法建议学时：

4～6

[教学目的与要求]了解离子交换分离法的特点及发展史；掌握离子交换树脂的结构性能和作用；掌握离子交换树脂的种类；掌握离子交换分离技术的基本原理；掌握离子交换基本操作技术，了解离子交换分离技术的实际应用。

[教学重点与难点]离子交换基本操作技术；道南理论和离子交换平衡；离子交换树脂的结构性能、作用和种类

[授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课后自学等方法为辅等方法。

[授课内容]

第一节概述

一、离子交换分离法

二、特点

三、发展史

第二节离子交换剂

一、离子交换树脂的结构、作用和性能

二、离子交换树脂的种类

三、离子交换树脂的名称、牌号及命名

第三节离子交换分离法的基本原理

一、道南理论

二、离子交换的亲和力

三、离子交换平衡

四、离子交换反应动力学

第四节离子交换分离法的基本操作技术

一、离子交换树脂的选择

二、离子交换树脂的预处理

三、离子交换装置

第五节应用

＊第六章泡沫吸附分离法建议学时：

2～4

[教学目的与要求]了解泡沫吸附分离法的分类及其特点；搞清物理吸附与化学吸附的区别；了解表面活性剂的结构特点及其在泡沫吸附分离中的作用；了解浮选药剂的结构与性能。

[教学重点与难点]泡沫吸附分离法的原理及其特点；离子浮选；溶剂浮选。

[授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课后自学等方法为辅。

[授课内容]

第一节概述

一、泡沫浮选分离定义

二、泡沫浮选分离发展史

三、泡沫浮选法的特点

四、表面活性剂结构特点和分类

第二节泡沫吸附分离法的分类及原理

一、泡沫浮选分离法的分类

二、泡沫浮选分离法的基本原理

第三节泡沫浮选分离流程设置与操作

第四节泡沫浮选分离特点及应用

第五节湿法冶金中的矿石浮选

第六节浮选药剂

第七节浮选分离在分析化学中的应用

第七章气相色谱分离法建议学时：

4～6

[教学目的与要求]色谱法的发展过程，色谱法的定义、优缺点和分类。

掌握色谱分析的基本原理；

了解塔板理论和速率理论，理解色谱分离的本质；掌握色谱常用术语和参数，各参数间的换算；掌握色谱定性分析的方法；掌握色谱定量分析的方法。

了解气相色谱仪主要部件的基本工作原理；掌握气相色谱仪系统的主要构成及其作用，气相色谱常用检测器和所适用的检测对象。

[教学重点与难点]色谱计算题中关于分离度、柱效、柱长等的准确计算；内标法中对内标物的具体要求；归一化法中各种校正因子的定义和正确使用；根据分析物选用合适的气相色谱填充柱。

[授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课后自学等方法为辅。

[授课内容]

第一节色谱法概述

一、色谱法的出现

二、色谱法的发展

三、色谱法的定义

四、色谱法的优点和缺点

五、色谱法的分类

六、色谱法发挥的作用

第二节色谱法的原理

一、色谱分离的本质

二、色谱分离的塔板理论

三、色谱速率理论

四、色谱常用术语和参数

第三节色谱定性与定量分析

一、利用纯物质定性的方法

二、利用文献保留值定性

三、与其他分析仪器联用的定性方法

四、峰面积的测量

五、定量校正因子

六、常用的色谱定量方法

第四节填充柱气相色谱法

一、气液色谱用载体

二、气液色谱用固定液

三、气液色谱条件的选择

四、气固色谱

第五节毛细管柱气相色谱法

一、毛细管气相色谱的发展历史

二、毛细管柱的类型

三、毛细管气相色谱与填充柱气相色谱的比较

四、毛细管气相色谱柱的涂渍

五、毛细管气相色谱柱的评价

六、大内径厚液膜毛细管气相色谱柱

七、气固色谱毛细管柱

八、程序升温气相色谱法

第六节气相色谱仪器

一、概述

二、气路系统

三、进样系统—进样装置和汽化室

四、气相色谱检测器

五、常用气相色谱检测器

六、分离系统——色谱柱

七、温度控制系统

第八章液相色谱分离法建议学时：

3～5

[教学目的与要求]了解高效液相色谱的发展历史、优点和组成。

掌握高效液相色谱的分类；掌握反相、正相、离子色谱等各类色谱的含义、分离机理、固定相、流动相组成等；掌握各类型色谱模式所应用的分析对象。

[教学重点与难点]根据分析对象选择正确的高效液相色谱模式。

正确选择液相色谱柱和流动相。

[授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课后自学等方法为辅。

[授课内容]

第一节高效液相色谱概述

一、高效液相色谱的出现

二、高效液相色谱的组成

三、高效液相色谱柱

四、比较其它色谱法的比较

第二节高效液相色谱的分类

一、高效液相色谱的分类，二、反相色谱的含义，三、反相色谱的分离机理，四、反相色谱柱和流动相，五、反相色谱的应用，六、正相色谱的概念，七、正相色谱的固定相，八、正相色谱的流动相，九、正相色谱的分离机理，十、正相色谱的应用，十一、正相色谱与反相色谱的比较，十二、离子色谱，十三、离子对色谱，十四、体积排阻色谱，十五、疏水作用色谱，十六、胶束液相色谱，十七、亲和色谱

第三节色谱柱和流动相

一、色谱柱填料，二、硅胶色谱柱填料的优势，三、硅胶色谱柱填料的残余硅羟基效应，四、反相色谱柱填料保留性能随温度的变化，五、提高硅胶基质反相色谱填料的色谱性能，六、高效液相色谱键合固定相的类型，七、键合固定相的性质，八、色谱柱的参数，九、液相色谱流动相，十、高效液相色谱方法的选择，十一、色谱条件的影响

第四节超高效液相色谱和制备色谱

一、超高效液相色谱

二、制备色谱

第五节液相色谱仪器

＊第九章平面色谱分离法建议学时：

2～4

[教学目的与要求]纸色谱的基本原理，定性分析的依据比移值Rf，以及它的影响因素。

薄层色谱的基本原理，薄层色谱的固定相和流动相，薄层板的制备方法。

[教学重点与难点]纸色谱的具体操作方法，以及根据实际样品选择合适的纸色谱条件。

薄层色谱的具体实验方法，以及根据实际样品选择合适的薄层板和展开剂。

[授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论、专题报告和课后自学等方法为辅。

[授课内容]

第一节纸色谱分离法

一、概述

二、基本原理

三、纸色谱示意图

四、比移值Rf

五、操作技术

六、应用

第二节薄层色谱分离法

一、概述

二、基本原理

三、比移值Rf

四、薄层色谱的固定相和流动相

五、薄层板的制备

六、薄层色谱的实验方法

七、薄层色谱的应用

第十章膜分离法建议学时：

4～5

[教学目的与要求]了解膜离法的特点及发展史；了解膜的分类和膜的材料；掌握反渗透分离技术、超过滤分离技术和微孔过滤技术的分离原理；掌握液膜分离技术的基本原理；了解固膜液膜分离的装置和操作技术，了解膜分离技术的实际应用。

[教学重点与难点]各种固膜分离和液膜分离技术的原理；乳状液膜中溶质的传质方式；

[授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课后自学等方法为辅。

[授课内容]

第一节引言

一、膜分离技术的定义

二、膜分离技术的发展简史

三、膜的定义

四、膜的分类

五、膜分离技术分类

六、膜分离过程和膜的材料

七、特点

第二节反渗透分离技术

一、概述

二、渗透、渗透压及反渗透

三、反渗透膜分离机理

四、反渗透膜

五、反渗透膜的主要特性参数

六、反渗透膜分离装置

七、反渗透的应用

第三节超过滤分离技术

一、超过滤分离技术

二、超过滤膜

三、超滤膜分离的操作模型

四、超滤分离技术的特性

五、超过滤技术的应用

第四节微孔过滤分离技术

一、概述

二、微孔滤膜分离基本原理

三、微孔滤膜分离的操作模型

四、微孔滤膜的特征和性能

五、微孔滤膜的装置

六、微滤和超滤的异同

七、微孔滤膜分离技术的应用

第五节液膜分离技术

一、引言

二、液膜的组成及结构

三、液膜分离机理

四、液膜分离的操作过程

五、液膜分离技术的应用

第六节膜污染、劣化及其预防方法

一、膜污染和劣化的定义

二、膜污染和劣化的预防方法

＊第十一章现代分离技术进展建议学时：

2

[教学目的与要求]了解现代分离方法。

[授课方法]引导学生课外查阅图书资料、写课程论文、读书报告、课堂讨论和课后自学为辅等方法。

[授课内容]

根据专业特色和社会发展，选择不同的现代分离技术为授课内容。

说明：

＊为选学内容，可根据学时及专业特点选择教学内容。

分离科学实验

一、基础实验

[教学目的与要求]

掌握各种分离技术的分离原理、方法及仪器操作。

建议学时10～20（可根据学时及专业特点调整实验内容）

[授课方法]课堂讲授为辅，教师指导、学生实际操作为主。

[实验内容]

实验一正丁醇、三氯甲烷萃取光度法—钢铁试样中磷的测定

＊实验二乙酸乙酯萃取分离—邻二氮菲比色法测定铁

＊实验三萃取光度法测定环境水样中微量铅

实验四离子交换树脂交换容量的测定

＊实验五邻甲基苯甲酸中邻苯二甲酸的测定

＊实验六薄层层析法分离钾离子、钠离子和铵离子

＊实验六纸色谱分离汞离子、镉离子和铜离子

二、综合实验

[教学目的与要求]训练学生综合分析问题、解决问题的能力，促进学生综合素质提高。

建议学时10～20（可根据学时及专业特点调整实验内容）

[授课方法]教师指导为辅、学生实际操作为主。

[实验内容]

＊实验一离子交换法制备纯水

实验二Co2+、Ni2+离子交换层析分离和测定

＊实验三纸色谱法分离分离氨基酸

＊实验四气体浮选分离富集钴、铜的研究

＊实验五离子交换层析法分离氨基酸

＊实验六蛋白质分子量测定—葡聚糖凝胶过滤法测定

＊三、设计实验

[教学目的与要求]训练学生独立综合分析问题、解决问题的能力，培养学生创新意识与应用能力。

建议学时10～20（可根据学时及专业特点调整实验内容）

[授课方法]教师指导为辅、学生独立设计实验方案和独立完成实验为主。

[实验内容]结合课题组教师的科研工作而定。

＊四、开放性实验

[教学目的与要求]培养学生的实践能力、综合能力及创新精神，激发学生超越课堂，拓宽他们的知识面向课外延伸。

[授课方法]教师指导为辅、学生独立设计实验方案和独立完成实验为主。

[实验内容]结合课题组教师的科研工作而定。

说明：

＊为选做实验内容