基本操作实验

实验1　简单玻璃工操作

一、实验目的

（1）练习玻璃管和玻璃棒的切割、烧、拉、弯的基本操作。

（2）学会使用酒精喷灯。

二、玻璃工基本操作的目的、意义

有机化学实验中的有些玻璃用品，如各种毛细管、滴管、玻璃灯、玻璃弯管和搅拌器等，多数需自己制作。即使是广泛采用磨口仪器的今天，较熟练地掌握玻璃工的基本操作，在实验室工作中仍然是需要的。

三、实验步骤

1．玻璃管（棒）的洗净和切割

需要加工的玻璃管（棒）均应清洗和干燥。制备熔点管的玻璃管必须先用洗液浸泡，再用自来水冲洗，蒸馏水清洗、干燥，然后才能加工。

玻璃管（棒）的切割是用锉刀（三角锉、扁锉）或小砂轮在需要切割的位置上朝一个方向锉一稍深的痕，注意不可来回锉，以免使锉刀变钝或断裂面不平整。然后双手握住玻璃管（棒），以大拇指顶住锉痕的背面，稍向前用力，并略向左右拉，即可将其折断（图2－1（1））。为了安全起见，折断时应离眼睛稍远一些，或在锉痕的两边包上布再折断。折断的玻璃管（棒）边沿很锋利，容易割破皮肤、橡皮管或塞子，必须在灯焰上烧熔，使之光滑。

2．拉制测熔点用的毛细管、滴管

取一根内径为7～8mm的干净薄玻璃管，放在火焰中加热，并不断转动，一直加热到玻璃管发黄红光且变软时移出火焰，立即水平地向两端拉长。开始拉的时候要慢些，然后再较快地拉长（图2－1（2）、（3））。在拉的同时，应注意玻璃管的粗细变化，估计内径约1mm时，立即停止拉长，但两手仍要拉着两端，使之呈直线状，待其稍冷变硬后再放在石棉网上自然冷却至室温。用小砂轮将内径约为1 mm的毛细管截成15cm左右的小段，一端用小火封闭，留待以后测熔点时用。

图2－1　玻璃管的折断、拉丝和拉制测熔点用的毛细管

将直径为6～8mm的玻璃管用上述方法拉制总长度为15cm的滴管，其粗端长约12cm，细端长约3cm，内径约2mm。粗端口在火中烧软后在石棉网上按一下，使其外缘突出，便于冷后装上橡皮乳头。细端口须在小火的边缘处烧熔至光滑，置于石棉网上冷却至室温。

具体要求：①拉制直径约1mm、长15cm的毛细管5～10根；②拉制滴管2支。

3．弯玻璃管

弯玻璃管时，将干燥玻璃管依照所需长度按上法将其切断。用双手握住玻璃管，将要弯曲的部分放在酒精喷灯（或煤气灯）上加热，也可以斜放在火焰上加热，以加大受热长度。为了使加热均匀，玻璃管必须朝一个方向不断缓慢旋转，当玻璃管发黄变软时，立即从火焰中移出，弯成所需角度。若玻璃管要弯成较小的角度，常需分几次弯，每次弯一定角度，重复操作（每次加热中心稍有偏移），最终达到所需角度。弯好的玻璃管应在同一平面上并需及时进行退火处理。退火方法是趁热在弱火焰中加热一会，然后将其慢慢移出火焰，再放到石棉网上冷却至室温。

4．制作玻璃钉

取一段合适的玻璃棒，将其一端在酒精喷灯（或煤气灯）火焰上加热至发黄变软，然后在石棉网上垂直按一下，即可成玻璃钉。

具体要求：制作一合格的玻璃钉。

图2－2　实验室常用的自制搅拌器

5．弯制搅拌器（图2－2）

选取粗细合适、长约30cm的玻璃棒，在火焰中加热，不断转动使其受热均匀。当加热到稍微变软时（不可太软，以免变形），从火焰中取出，用镊子协助弯曲，经若干次加热、弯曲成所需形状后，做退火处理，最后放在石棉网上自然冷却。

具体要求：按图2－2（3），制作一根合格的搅拌器，以备机械搅拌时使用。

四、思考题

（1）拉制毛细管和弯曲玻璃管（棒）的关键是什么？

（2）玻璃管（棒）加工完毕后，为什么要退火？

（3）在简单玻璃工操作中，应注意哪些安全问题？

实验指导

一、预习要求

了解玻璃工操作在实验工作中的意义、操作关键和安全注意事项。

二、实验说明

（1）简单玻璃工操作的关键有两点：① 在加热玻璃管（棒）时，双手须平衡转动，若操作不协调，则会使玻璃管（棒）扭曲；② 掌握好玻璃管（棒）加热的“火候”，加热软化不够时，玻璃管（棒）拉不动，不易弯，若软化过度，则拉得太细或拐弯处发生瘪陷。

（2）退火的目的是使高温下的玻璃管（棒）从外部到内部缓慢均匀地冷却。如果不做退火处理，玻璃管（棒）骤然冷却，内部与外部冷却不均匀，会产生较大的应力而发生断裂，即使不立即断裂，也可能在存放或使用时断裂。

三、安全事项

（1）在没有煤气灯的情况下，常用酒精喷灯进行玻璃工制作。点燃酒精喷灯时，要注意安全，避免发生意外事故。

（2）加工完毕的玻璃管（棒）温度较高，须放在石棉网上冷却后才能用手拿或接触加热过的部分，以免灼伤。

实验2　回收乙醇的蒸馏及乙醇折光率的测定

一、实验目的

（1）了解蒸馏的原理和意义，学会蒸馏装置的安装和操作。

（2）了解折光率测定的原理，学习折光率的测定方法。

二、蒸馏及基本原理

蒸馏是分离和纯化液体有机物质最常用的方法之一。它是将液态物质加热到沸腾变为蒸气，又将蒸气冷凝为液体这两个过程的联合操作。

液体在一定温度下具有一定的蒸气压。液体加热后，逐渐变为气体，蒸气压随温度的升高而增大。当蒸气压增大到与外界大气压相等时，液体不断气化，从而达到沸腾，此时的温度就是这种液体的沸点。例如：把水加热至100℃，水的蒸气压就等于外界大气压，通常为101 325Pa，水开始沸腾，此时的温度就是水的沸点；也就是说，当大气压为101 325Pa时，水的沸点为100℃。从表2－1中可以看出，水在不同的温度下，蒸气压不同，蒸气压随温度的升高而逐渐增大。

表2－1　水的温度与蒸气压的关系

＊ 1mmHg＝133．332Pa。

将液体加热至沸腾后，使蒸气通过冷凝装置冷却，又可凝结为液体收集起来，这种操作方法称为蒸馏。蒸馏就是利用不同液体具有不同的沸点的特点，也就是说，在同一个温度下，不同液体的蒸气压不同。低沸点液体易挥发，高沸点液体难挥发，而且挥发出的少量气体易被冷凝下来。这样，在蒸馏过程中，经过多次液相和气相的热交换，使得低沸点液体不断上升，最后被蒸馏出来；高沸点液体则不断流回蒸馏瓶内，从而将沸点不同的液体分开。纯粹的液体有机物在一定压力下具有一定沸点，且沸点范围很小（0．5～1℃）。但是，具有固定沸点的液体不一定是纯粹的化合物，因为某些有机化合物常常和其他物质组成二元或三元共沸混合物。

蒸馏是有机化学实验中重要的基本操作之一，它可应用于以下几方面。

（1）分离液体混合物。混合物的沸点相差较大（如30℃以上）时采用。

（2）提纯液体有机物或低熔点固体。

（3）回收溶剂或蒸出部分溶剂使溶液浓缩。

（4）测定有机物的沸点。

三、蒸馏装置及安装

1．蒸馏装置的主要仪器

蒸馏装置的主要仪器有蒸馏烧瓶、蒸馏头、冷凝管、接液管和接收器。

蒸馏烧瓶：蒸馏时的主要仪器，液体在瓶内受热气化，蒸气经蒸馏头进入冷凝管。蒸馏烧瓶的大小取决于被蒸液体量的多少，一般装入的液体量不得超过蒸馏烧瓶容量的2／3，也不得少于1／3。

蒸馏头：连接蒸馏烧瓶与冷凝管的仪器，若蒸馏的同时需测量沸点，可使用普通蒸馏头，也可使用克氏蒸馏头。

冷凝管：是冷凝蒸气所用的仪器。液体的沸点高于130℃时用空气冷凝管，低于130℃时用直形冷凝管。

接液管：是将冷凝液导入接收器的玻璃弯管。蒸馏极易燃的液体（如乙醚等）或无水溶剂，须用带有支管的接液管，并在支管上连接胶管使其通向水槽的下水道，以便将来不及冷凝的气体随流水带出室外。

接收器：是收集冷凝液的容器，蒸馏挥发性有机物时通常用磨口锥形瓶或磨口圆底烧瓶，不可使用敞口容器作接收器。

2．蒸馏装置的装拆原则

安装蒸馏装置时，必须由热源开始，按从下到上、从左到右（或从右到左）的顺序安装，做到仪器装置正确、稳妥、整齐。实验完毕后，先把热源移去，拆卸次序与安装相反。

四、实验步骤

准备好蒸馏装置（图1－12）所需的仪器，按蒸馏安装要求装好仪器，仪器要干燥。

量取回收乙醇20mL，经长颈漏斗加至50mL的蒸馏烧瓶并加入少量沸石（取用量为盖住药匙尖），装上温度计，通入冷凝水，然后用水浴加热。开始可加大火焰，使其沸腾，沸腾后可调节火焰，使蒸馏速度以每秒钟自接液管滴下1～2滴馏液为宜。液体沸腾后，要注意温度计的读数变化，记下第一滴馏液流出时的温度，当温度计读数稳定时（此恒定温度即为沸点），另换事先称量过的接收器收集。继续加热，直至温度开始下降或所有样品近于蒸完为止，记下接收器内馏分的温度范围和质量。馏分的温度范围越窄，则馏分的纯度越高。本实验要求收集的温度范围是77～79℃。

根据收集馏分的质量和体积，计算回收率，并测其折光率。

五、折光率的测定

折光率是液体有机化合物重要的特征常数之一，它是用折光仪测定的，通常用的是阿贝（Abbe）折光仪（图1－23）。

1．阿贝折光仪的光学原理

由于光在两种不同介质中的传播速度不相同，当光从一种介质进入另一种介质时，它的传播方向发生改变，这一现象称为光的折射（图2－3）。光通过两种介质所得的折光率称为相对折光率。光从真空射入某介质的折射率称为该介质的绝对折光率。

图2－3　光的折射现象

根据折射定律，光线自介质A进入介质B，入射角α与折射角β的正弦之比和两个介质的折光率成反比，即

如果介质A为光疏介质，介质B为光密介质，即nA＜nB，则折射角β必小于入射角α，当入射角α为90°时，sinα＝1，此时折射角达到最大值，称为临界角，用β0表示。通常测定折光率是采用空气作为近似真空标准状态，即nA＝1，上式成为

可见，通过测定临界角β0，就可以得到折光率。测定折光率可以区别液体有机化合物如油类或某些药品的纯度和浓度。

2．操作

将折光仪的直角棱镜打开，用擦镜纸蘸少量丙酮拭净镜面，待丙酮挥发后，加入一滴待测定的乙醇于下边棱镜面上，关闭棱镜，移动反光镜使光线射入棱镜，轻轻转动左边刻度盘，并在右边镜筒内找到明暗分界线，若出现彩色带则调节色散棱镜，使明暗分界线清晰。再转动左边刻度盘使分界线对准交叉中心，记录读数与温度，重复1～2次。测定后应立即以上法擦洗上、下镜面，晾干后再关闭。

上面采用的折光仪是双镜筒式折光仪，现在已有不少单位采用单镜筒式折光仪（图1－23（2）），其折光率测定原理和操作方法均相同。

六、思考题

（1）什么叫沸点？蒸馏的基本原理是什么？

（2）蒸馏时，要注意哪些重要问题？

（3）蒸馏时加入沸石的作用是什么？如果蒸馏前忘记加沸石，怎么办？

（4）为什么液体折光率不会小于1？

实验指导

一、预习要求

（1）学习普通蒸馏的原理及其应用。

（2）了解乙醇回收（或溶剂纯化）所需的蒸馏装置安装和操作方法。

（3）了解折光仪的结构、原理和使用折光仪的注意事项。

二、实验说明

（1）共沸混合物具有一定的沸点和组成，不能通过普通蒸馏来分离。与水形成二元共沸物的部分化合物参见附录B。

（2）为了防止液体在加热过程中出现过热现象和保证沸腾的平稳状态，常加沸石（或无釉小瓷片），因为它们受热后能产生细小的气泡，成为液体的气化中心，从而可避免蒸馏过程中的跳动、暴沸现象。

（3）有机实验中，目前多采用磨口仪器，但在某些特定的时间、场合下，仍需用一些塞子安装仪器，常用的塞子有橡皮塞和软木塞两种。橡皮塞遇到有机溶剂易溶胀，且在高温下易变形，因此，大多采用软木塞。要求密封的实验（如减压蒸馏或抽滤）必须选用橡皮塞。

碰上腐蚀性严重的实验，塞子须经特殊处理。下面简单介绍塞子的选配与打孔。

钻孔之前，首先要选用合适的塞子。选塞子时要注意与所有的玻璃仪器的口径相适合。塞子进入瓶颈部分不能少于塞子高度的1／3，也不能多于2／3。

钻孔时，软木塞须先用压塞器（或木块）压紧，打孔器的口径应略小于玻璃口或仪器的口径，将玻璃管插入这样钻好的孔后才不会漏气。然后，将塞子的粗端平放于实验台（或凳子）上的方木块上，打孔器应垂直均匀地转入，防止打斜，当钻至约一半时，再从另一面对准钻，至完全通为止。若要钻橡皮塞孔，选择打孔器的口径应与玻璃管的粗细大致相同或略大一点，钻孔前，打孔器最好涂一些甘油或碱水，使其易于钻入，其余步骤与软木塞钻孔相同。必须注意钻孔后打孔器中的废物应立即清除。

要把玻璃管或温度计装入塞中时，先将玻璃管涂以甘油或水，逐渐旋转插入。手持玻璃管的部位应距塞子愈近愈好。如将弯管插入塞中，应注意不能持玻璃管的弯曲部分，否则会因折断玻璃管而刺伤手掌，若在手捏处用布包上就会安全些。

（4）加热。有些有机反应速度很慢，常需要通过加热来提高反应速度，一般反应温度每提高10℃，反应速度增加一倍。加热方法主要有石棉网加热和热浴加热。

石棉网加热：玻璃仪器下垫石棉网，用火加热。这种加热方式只适用于沸点高且不易燃烧的物质。加热时，灯焰要对着石棉块，不要偏向铁丝网。否则，形成局部过热，仪器受热不均匀，会造成仪器破损。

水浴加热：加热温度在80℃以下的可用水浴。加热时，将容器下部浸入热水中，切勿使容器接触水浴锅底。调节火焰大小，使水浴锅中水温控制在所需的温度范围之内。如需要加热到接近100℃，可用沸水浴或水蒸气浴。由于水不断蒸发，应注意及时补加热水。

油浴：加热温度在80～250℃之间的可用油浴。常用油浴的温度如表2－2所示。

表2－2　常用油浴的温度

由于油类易燃，加热时油蒸气易污染实验室，并导致着火。因此，应在油浴中悬挂温度计，随时观察和调节温度。若发现油严重冒烟，应立即停止加热。注意油浴温度不能超过所能达到的最高温度。植物油中加1%对苯二酚可增加其热的稳定性。

沙浴：加热温度在250～350℃之间的可用沙浴。一般用铁盘装沙，将容器下部埋在沙中并保持底部有薄沙层，四周的沙稍厚些。因为沙子的导热效果较差，温度分布不均匀，放置温度计时水银球要紧靠容器。

此外，也可用与容器大小一致的电加热套（图1－17）或封闭式电炉加热。

（5）即使杂质含量极少，也应防止蒸干，以免蒸馏烧瓶破裂或发生其他意外事故。

（6）折光率因物质的温度与光波的波长而改变，透光物质的温度升高，折光率就变小；光的波长越短，折光率就越大。在测定折光率时，必须注明所用的光线和温度。折光率常用表示，D是以钠光灯的D线（589．3nm）作光源，t是测定折光率时的温度。一般来讲，当温度升高（或降低）1℃时，液体有机化合物的折光率就减少（或增加）4×10－4，这是为了便于计算一定温度的变化常数，当然会带来误差，为准确起见，折光仪应配有恒温装置。

（7）使用折光仪的注意事项：① 必须注意保护折光仪棱镜，绝对防止因碰触硬物而使镜面产生划痕；② 每次使用前后，仔细、认真地擦拭干净镜面，待晾干后再关上棱镜；③ 仪器在使用或储藏时均不得暴露在日光下，不用时应放入木箱，置于干燥的地方；④ 不能用于测定有腐蚀性的液体。

（8）不同温度下纯水和乙醇的折光率如表2－3所示。

表2－3　不同温度下纯水和乙醇的折光率（20℃）

三、安全事项

（1）蒸馏装置中各种塞子一定要紧密，但整个蒸馏系统不能封闭，否则易造成事故。

（2）千万不能在接近沸点温度下补加沸石。

（3）进行蒸馏时，一般不宜蒸干，否则有时会出现爆炸事故；残留液为0．5～1 mL时，应停止蒸馏。

实验3　熔点及沸点（微量法）测定

一、实验目的

（1）了解熔点、沸点（微量法）测定的意义。

（2）掌握测定熔点、沸点的操作。

二、基本原理

熔点是固体有机物十分重要的物理常数之一。纯粹的晶体物质，在大气压力下，固态和液态处于平衡状态时的温度是一定的，这个温度就是该物质的熔点。在有机化学实验和研究工作中，常采用操作简便的毛细管法测定熔点，以鉴别有机化合物，并判断其纯度。

有机化合物在毛细管中受热后，开始熔融至完全熔化的温度范围就是该物质的熔点。始熔至全熔间的温差，称为熔程（或熔点距）。纯物质的熔点不仅有固定值，其熔程也很小，一般为0．5～1℃。不纯物质与对应的纯物质相比，熔点一般会下降，熔程会增大。

少数易分解的有机化合物，虽然很纯，但没有固定的熔点，且熔程也较大。这是因为样品受热尚未熔融前，就局部分解了。样品中局部分解产物的存在，犹如引入了杂质。

沸点是液体有机物重要的物理常数之一，它的确定有助于有机物的确认。

沸点的测定分常量法和微量法两种。液体样品量在10mL以上时采用常量法（蒸馏方法见实验2），如果仅有少量样品，则用微量法。微量法测定沸点的装置与测熔点的装置相似，如图1－3（1）所示。

三、实验步骤

1．提勒管熔点测定法

（1）样品装填。取少量干燥样品乙酰苯胺，放在干燥清洁的表面皿上，用玻璃钉研成细末后聚成小堆，将毛细管开口的一端垂直插入样品堆中，即有少许样品挤入毛细管，再将毛细管封口端向下，使之反复通过一根长约40cm、直立于瓷砖台面（或玻片上）的玻璃管，直至样品被弹紧为止，弹紧后样品高3～5mm。

（2）熔点的测定方法。测定固体有机物熔点的装置有多种，如实验装置图1－3所示。下面以提勒（Thiele）熔点测定器（图1－3（1））为例，介绍熔点的测定方法。

提勒熔点测定器的主要仪器是提勒管，又称b形管。管口装有温度计套管，套管上有一小孔。

测定时，先在b形管中装入液体石蜡或浓硫酸，作为加热液体（浴液），高度达到上叉口处即可。然后，将装有样品的毛细管用橡皮圈固定于温度计上，使装有样品处靠在温度计水银球的中部（图1－3（3）），再将温度计插入b形管，使其水银球位于b形管上、下两叉管口中间。以小火在指定部位加热，开始时可以升温较快，到距离熔点10～15℃时，调整火焰，使温度每分钟升高1～2℃，愈接近熔点，升温速度愈慢（掌握升温速度是准确测定熔点的关键）。

仔细观察温度的上升和毛细管中样品的情况。当毛细管中的样品柱开始塌落和湿润，接着出现小滴液体时，表示样品开始熔化（即始熔），记下温度。继续观察，待固体样品恰好全部熔化成透明液体（即全熔）时，记下温度，此即样品的熔点（图1－3（2））。

如测定未知物的熔点，可先粗测一次（升温可略快），得其熔点的近似值，待浴液温度下降到约30℃后，换用第二根毛细管进行仔细测定。每一次测定都必须用新的熔点管另装样品，不能将已测过熔点的熔点管冷却，使其中的样品固化后再做第二次测定。熔点测定至少要有两次重复的数据。

2．微量熔点仪（图1－3（5））测定法

载玻片用无水乙醇擦拭，待乙醇挥发后，将微量已研碎的样品放在载玻片上，用另一载玻片覆盖样品。载玻片置于电热板的中心空洞上，调节镜头，使显微镜的焦点对准样品。开启加热器，用调压旋钮调节加热速度，当温度接近样品熔点时，控制升温速度为每分钟1～2℃。当样品晶体棱角开始变圆（初熔）时，记下温度。继续观察，待晶体状态完全消失（终熔）时，记下温度。熔点测定完毕，停止加热，稍冷却，用镊子取走载玻片，将一厚铝板放在电热板上，加速冷却，清洗载玻片，以备再用。

3．数字熔点仪（图1－3（6））测定法

取一个与仪器配套的熔点管，按照提勒管熔点测定法样品装填步骤进行操作。开启数字熔点仪电源开关，待仪器预热20min稳定后，调节初始温度设置拨轮至所需的温度。待温度显示窗口温度达到设置值后，将装有样品的熔点管插入机器中，调节调零旋钮，使电流指针指向零，按下升温按钮。调节升温速度挡，开始可以升温较快；当温度接近样品熔点时，控制升温速度为每分钟0．5～1℃。样品完全熔化后，按下初熔按钮，仪器读数窗口自动显示样品的终熔温度，记下相应温度。

4．微量法沸点测定

取一根直径为3～4mm、长6～8cm的毛细管，将其一端封闭，作为沸点管的外管，加入待测沸点的乙醇数滴（装入液体样品高度应为6～8mm）。在此管中放入一根内径约1mm、长8～9cm上端封闭的毛细管，将其开口处浸入样品中。将外管用橡皮圈固定在温度计上（图1－3（4）），放入b形管内。用小火加热浴液，使温度均匀上升。由于管内气体受热膨胀，很快有断断续续的小气泡冒出。到达样品的沸点时，将出现一连串的小气泡。此时立即停止加热，让浴液温度自行下降。当液体开始不冒气泡、气泡将要缩入内管时的温度即为该液体的沸点，记下这一温度，这时液体的蒸气压与外界的大气压相等。

四、思考题

（1）采用毛细管法测定熔点和沸点，关键要注意什么问题？

（2）测定熔点时，若遇到下列情况，将产生什么结果？

①熔点管不洁。

② 熔点管底部未完全封闭，尚有一针孔。

③加热太快。

④样品未完全干燥或含有杂质。

（3）如果液体具有恒定的沸点，能否认为它是单纯物质？

（4）用微量法测定沸点时，把最后一个气泡刚欲缩回至内管的瞬间温度作为该化合物的沸点，为什么？

实验指导

一、预习要求

在进行本实验之前，应认真阅读和领会熔点和沸点测定的基本原理。有关沸点方面的内容请看实验2的有关部分。

二、实验说明

（1）熔点、沸点测定所需毛细管的制备见实验1中的“拉制测熔点用的毛细管、滴管”部分。毛细管的好坏一定程度地影响着熔点测定数据的精确性。毛细管的内径、玻璃壁的厚度等均会影响样品的装填和传热。用于熔点、沸点测定的毛细管内径为1mm左右。毛细管的一端一定要在酒精灯焰上封严，否则会因漏气或在测定熔点时浴液进入熔点管内，使样品熔解或给样品带入杂质，致使测定失败。

（2）熔点测定的样品应尽量研细，否则会因装填不致密和不均匀而影响传热，致使熔点测定时熔程拉大。样品研磨时，应防止样品吸潮或掉入杂质。

（3）用于固定熔点管的橡皮圈必须完全处于浴液液面之上，以防橡皮软化而滑脱进入浴液之中。

（4）熔点测定的准确与否，与加热浴液时温度上升的速度有很大关系。当传热液体温度接近化合物熔点时，必须减缓温度上升速度，使热能及时透过毛细管壁，并使熔化温度与温度计所示温度一致。接近熔点时，温度上升愈慢愈好，一般为每分钟升高0．2～0．3℃。

（5）测定熔点时必须平行测定几次，每测定一次，都必须用新的熔点管另装样品，不得将已测过的熔点管冷却，使其中的样品固化后再做第二次测定。因为有时某些化合物部分分解，有些经加热会转变为具有不同熔点的其他结晶形式。

（6）用毛细管法测定的熔点常较真实熔点略高。

（7）微量熔点仪测定法取用微量样品，切忌堆积，否则影响样品熔化的观察，造成熔点测定的误差较大。

（8）数字熔点仪测定法中设置的初始温度一般比所测样品熔点低20℃左右。

（9）将装有样品的熔点管插入数字熔点仪之前，先将熔点管外壁的污物擦干净，以免污染仪器，影响测定。熔点管插入和取出要小心操作，避免熔点管折断于仪器内。

（10）用微量法测定沸点应注意三点：① 加热不能太快，被测液体不宜太少，以防液体全部气化；② 沸点管内的空气应尽量排干净，具体的做法是在正式测定前，让管内有大量气泡冒出，以此带出空气；③ 要仔细、及时，重复测定几次，要求几次的误差不超过1℃。

三、安全事项

（1）液体石蜡可加热至200～220℃，但仪器难清洗。高温时，液体石蜡的蒸气易着火，应注意安全。

浓硫酸可加热至250～270℃，仪器易清洗。但浓硫酸的腐蚀性极强，操作时要特别小心。硫酸液中有少量有机物掺入时会变黄变黑，这时可酌量加少许硝酸钾使其褪色。

（2）测定熔点或沸点后的温度计不要立即放入冷水中冲洗，应待温度计自然冷却至接近室温后再用冷水冲洗，否则，温度计会因骤冷而破裂。

（3）温度计破损后，应及时通知指导教师做适当处理，防止汞散落在桌面和地上污染环境。一旦有汞散落，应立即用硫黄粉覆盖或用其他方法处理。

（4）微量熔点仪测定完毕后，用镊子取走载玻片时要小心操作，避免烫伤事故发生。

实验4　重结晶

一、实验目的

了解固体有机化合物重结晶提纯的原理和一般过程，掌握重结晶的基本操作。

二、基本原理

化工生产或实验室制备的固体有机产品往往是不纯的，必须经过提纯才能得到纯品。提纯固体有机化合物的有效方法就是选用适当的溶剂进行重结晶。重结晶的原理是利用被提纯的有机物和杂质在某种溶剂中的溶解度不同，而使它们互相分离。重结晶的一般过程如下。

（1）选择适当的溶剂。

（2）将粗产品溶于适当的溶剂中制成热饱和溶液。

（3）必要时加入少量活性炭吸附有色杂质。

（4）趁热过滤，除去不溶性杂质和活性炭。

（5）冷却滤液，析出结晶。

（6）进行晶体的过滤、洗涤和干燥。

三、实验步骤

1．用水作溶剂重结晶粗乙酰苯胺

（1）制成乙酰苯胺的热饱和溶液。取2g粗乙酰苯胺，放在150mL烧杯中（若用有机溶剂重结晶，宜用锥形瓶），加入60mL水和几粒沸石，在石棉网上加热至沸腾，并用玻璃棒不断搅拌，若有未溶固体，可继续加入少量热水，直至在沸腾情况下全溶或不能继续溶解为止。补加热水时，应注意区分不溶物是乙酰苯胺还是杂质，以免误加过多溶剂。

（2）加入活性炭脱色和趁热过滤。移去火焰，待制得的饱和水溶液稍冷后，加入少量活性炭，再加热煮沸5～10min。同时准备好一个预热过的短颈漏斗（或热水漏斗），漏斗中放一张折好的扇形滤纸（又称折叠滤纸）（图2－4），趁热过滤，或者用抽滤装置（图1－5（2））抽滤。

图2－4　扇形滤纸的折叠

（3）冷却、抽滤、洗涤和干燥。将上述滤液充分冷却结晶（必要时可用水浴或冰浴），欲使析出的结晶与母液有效分离，可用抽滤装置进行抽滤，抽滤前，滤纸用少量冷水润湿，抽紧。抽滤完毕，用玻璃塞挤压晶体，使母液尽量除去，再用少量冷水（每次约5mL）洗涤结晶两次，抽干后将晶体移至表面皿上，摊开成薄层，置于空气中晾干或在100℃左右的烘箱内烘干。

称重，并计算回收率，测熔点。

乙酰苯胺的纯品为白色片状结晶，熔点为114．3℃，微溶于冷水而溶于热水（20℃时，100mL水溶解0．46g；100℃时，100mL水溶解5．5g），溶于乙醇（20℃时，100mL乙醇溶解36．9g；60 ℃时，100mL乙醇溶解669．2g），因此也可用乙醇－水混合溶剂重结晶粗乙酰苯胺。

2．用乙醇－水混合溶剂重结晶粗乙酰水杨酸

将2g粗制的乙酰水杨酸放在一个干燥的锥形瓶（50mL）中，加入5mL 95%乙醇，在水浴上加热，使其溶解。趁热将溶液过滤到另一烧杯中，在搅拌下加入蒸馏水，直至使溶液变浊且不再消失为止。加热使溶液澄清，静置使其冷却，约15 min后即有针状结晶析出，待溶液完全冷却后，将结晶抽滤，并用少量蒸馏水洗涤结晶两次，抽干，取出置于表面皿中，在100℃烘箱中干燥后，称重，计算回收率，测熔点。

乙酰水杨酸纯品为无色针状结晶，熔点为135℃。

3．用70%乙醇重结晶粗萘

在装有回流冷凝管的100mL圆底烧瓶或锥形瓶中，放入2g粗萘，加入15 mL 70%乙醇和两三粒沸石，接通冷凝水后，在水浴上加热至沸，并不时振摇瓶中物，以加速溶解，若所加的乙醇不能使粗萘完全溶解，则应从冷凝管上端继续加入少量70%乙醇（注意添加易燃溶剂时应先灭去火源），每次加入乙醇后应略为振摇并继续加热，观察是否可完全溶解。待完全溶解后，再多加几毫升，熄灭火源，移去水浴，稍冷后加入少许活性炭，并稍加摇动，重新在水浴上加热煮沸数分钟，趁热用预热好的短颈漏斗和折叠滤纸过滤（或抽滤），用少量热的70%乙醇润湿折叠滤纸后，将上述萘的溶液滤入干燥的100mL锥形瓶中（注意这时附近不应有明火），滤完后用少量热的70%乙醇洗涤容器和滤纸。盛滤液的锥形瓶用塞子塞好，自然冷却，最后再用冷水冷却。用布氏漏斗抽滤（滤纸应先用70%乙醇润湿，抽紧），用少量70%乙醇洗涤。抽干后将结晶移至表面皿上，放在空气中晾干或放在干燥器（图1－1（9））中，待干燥后测其熔点，称重并计算回收率。

萘为无色晶体，熔点为80．55℃，沸点为218℃，容易升华。

四、思考题

（1）重结晶溶剂的用量如何计算？实验中如何掌握？

（2）重结晶操作中关键要注意哪些问题？

（3）粗乙酰苯胺所含的不溶性杂质、有色杂质和易溶于水的杂质是在哪步操作中除去的？

实验指导

一、预习要求

（1）熟悉重结晶提纯固体有机化合物的原理、一般过程和基本操作，熟悉溶剂的选择。

（2）复习并掌握液态有机化合物的加热方法（参见实验2）。

（3）熟悉熔点的测定方法（参见实验3）。

（4）掌握在何种情况下要加入活性炭及如何加入。

（5）掌握如何获得良好的、符合纯度要求的结晶。

二、实验说明

（1）对于易挥发、易燃烧的有机溶剂，最好用圆底烧瓶，装上回流装置，用热水浴加热。

（2）活性炭绝对不可加到正在沸腾的溶液中，否则将造成暴沸现象；加入活性炭的量，相当于样品量的1%～5%。

（3）在制成饱和溶液时，为了避免热过滤过程中，晶体在滤纸或漏斗颈内析出而造成麻烦和损失，一般溶剂的实际用量比制成该物质饱和溶液所需量多20%。

（4）扇形滤纸的折法是将一张大小适宜（折叠后放入玻璃漏斗时滤纸边缘应稍低于漏斗边缘）的圆滤纸对折，再将双层半圆滤纸按图2－4（1）、（2）、（3）的顺序向同一方向折成八等份。接着，将此滤纸把2－8、8－4、4－6及6－3之间等反向折叠，同样折1－9、9－5、5－7及7－3之间，使如扇形一样（图2－4（5））。然后打开滤纸，注意图2－4（6）的1和2，将此处对半折叠，最后将各处重新压叠，再打开，如图2－4（7）所示，即可放入短颈漏斗中，并用热溶剂润湿后使用。

（5）为获得良好的结晶，热滤后的饱和溶液须静置，让其自然冷却。若冷却过快或在搅拌下冷却，会因结晶速度过快，形成了细小晶体甚至无定形沉淀，而造成过滤困难，且因比表面积大而易吸附溶剂和杂质，致使产品纯度降低。

（6）抽滤结晶时，每次洗涤前，应先拔除连接抽滤瓶与水泵的橡皮管，再加入少许洗涤用溶剂，待全部晶体被润湿后，再接上橡皮管进行抽干。

（7）若用沸点较高、挥发性不大的溶剂（例如水）进行重结晶，制成热饱和溶液后，为加快过滤速度，也可用减压抽滤的方法进行热过滤（图1－5）。将使用的布氏漏斗和抽滤瓶适当预热，滤纸用溶剂润湿抽紧后，迅速将热溶液倒入布氏漏斗中，待全部溶液过滤完后可抽干，为防止溶液沸腾，抽滤瓶内压力不可抽得太低。

（8）乙酰水杨酸受热容易分解，熔点测定较难。可将浴液先加热至115℃，再将样品放入测定。

（9）萘的熔点较70%乙醇的沸点低，因而加入不足量的70%乙醇加热至沸后，萘呈熔融状态而非溶解，这时应继续添加溶剂直至完全溶解。

（10）因为萘容易升华，测熔点时，应将熔点管的开口端烧熔封闭，以免升华。

（11）溶剂的选择。采用重结晶方法提纯固体有机物，选择适宜的溶剂是非常重要的，否则，达不到纯化的目的。作为溶剂，要符合下面几个条件：① 不与重结晶物质发生化学反应；② 在高温（或煮沸）时，重结晶物质在溶剂中溶解度较大，而在低温时（室温或冷却下），溶解度较小；③ 杂质不溶解在热溶剂中，在室温或冷却下的溶解度还很大，不随晶体一起析出；④ 容易与重结晶物质分离。

此外，尚需要考虑溶剂的毒性、易燃性和价格等。

几种常用溶剂的沸点如表2－4所示。

表2－4　几种常用溶剂的沸点

当一种物质在一些溶剂中的溶解度太大，而在另一些溶剂中溶解度又太小，不能选择到一种合适的溶剂时，可选用混合溶剂。所谓混合溶剂，就是把对此物质溶解度很大的和溶解度很小的而又能互溶的两种溶剂（例如水和乙醇）混合起来，这样常可获得良好的重结晶溶剂。用混合溶剂重结晶时，可先将待纯化物质在接近良好溶剂的沸点时溶于良好溶剂中（在此溶剂中极易溶解），若有不溶物，趁热滤去；若有色，则用活性炭煮沸脱色后趁热过滤。在此热溶液中小心地加入热的不良溶剂（物质在此溶剂中溶解度很小），直至所呈现的混浊不再消失为止，再加入少量良溶剂或稍热使其恰好透明，然后将混合物冷至室温，使结晶自溶液中析出。有时也可将两种溶剂先行混合，如1∶1的乙醇和水，其操作与使用单一溶剂时相同。

常用混合溶剂有乙醇－水、丙酮－水、乙酸－水、乙醚－甲醇、苯－石油醚等。

三、安全事项

重结晶时，如需加活性炭脱色，必须待溶液稍冷却后加入，千万不能在沸腾时加入，以免暴沸伤人。

实验5　萃取——绿色植物叶色素的提取

一、实验目的

学习萃取的原理及方法，掌握分液漏斗的使用。

二、基本原理

萃取是有机化学实验中用来提取或纯化有机化合物的常用操作之一，应用萃取可以从固体或液体混合物中提取出所需要的物质，也可以用来洗去混合物中少量杂质，通常把前者称为萃取，把后者称为洗涤。萃取和洗涤在理论上和基本操作上有许多相同之处，但目的不同。

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目的，进行物质提取或纯化的一种操作。

有机物质在有机溶剂中的溶解度一般比在水中的溶解度大，所以可将它们从水溶液中萃取出来。在一定温度下，一种物质在两种不相溶的溶剂中的分配比为一常数，即

式中：cA、cB分别为物质在原溶液A和溶剂B的浓度；V为原溶液体积；S为溶剂的体积；m0为原物质质量；m1为萃取后剩余量。

设萃取两次后，在水中的剩余量为m2，则

萃取n次后，在水中的剩余量mn为

实验证明：在一定温度下，用一定量的溶剂进行萃取（或洗涤）时，分几次萃取（或洗涤）要比用全部溶剂一次萃取（或洗涤）的效果好。

萃取可分为从固体物质萃取和从液体物质萃取两种。

从固体混合物中萃取所需要的物质，最简单的方法是先把固体混合物研细，放在容器里，然后加入适量的萃取剂，振荡，最后用过滤的方法把萃取液和残留的固体分开，此时萃取液中已包含被萃取物。当被萃取物特别容易溶解时，也可以把固体混合物放在放有滤纸的玻璃漏斗中，然后将萃取剂沿玻璃棒均匀倒在固体混合物上进行洗涤，所要萃取的物质则溶解在萃取剂中而被过滤出来。如果被萃取剂的溶解度很小，用上面两种方法不但消耗萃取剂的量大，而且费时间。在这种情况下，一般采用脂肪提取器（也称索氏（Soxhlet）提取器）来萃取。见图1－15及参考实验43。

从液体混合物中萃取所需要的物质，最常用的仪器是分液漏斗（图1－4（1））。将含有被萃取物质的液体和萃取剂放入分液漏斗中，盖好上塞，振荡分液漏斗，使两液层充分接触，提高萃取效率（图1－4（2））。振荡后，扭开旋塞，放出气体，振荡数次以后，将分液漏斗放在铁环上静置，使之分层，到两液相完全分开为止，然后分出萃取剂层，被萃取物质因进入萃取剂层而被分出。要提高萃取比例，可重复进行几次。最后将萃取液合并，进行干燥，待蒸馏精制。

三、实验步骤

绿色植物叶色素的提取：称取2．5g绿色草叶，切碎，置于研钵中，加15mL丙酮一起捣烂。过滤除去滤渣，滤液移至分液漏斗，加10mL石油醚，为了防止乳状液的形成，可加入适当（5～10mL）的饱和氯化钠溶液一起振摇、静置，分出水层后，用20mL水洗涤绿色的溶液两次，然后分出有机层，用0．5g无水硫酸钠干燥，备用。

四、思考题

（1）在萃取（或洗涤）时，若一时分不清哪一层液体是所需要的，怎么办？有何简便方法区分？

（2）在萃取过程中，如出现乳浊液而难以分层怎么办？

实验指导

一、预习要求

（1）预习萃取的原理，以及用分液漏斗来萃取（或洗涤）的操作方法及要注意的问题。

（2）预习绿色植物叶色素提取的过程。

二、实验说明

1．分液漏斗的使用

分液漏斗在使用前要先试漏（通常用水试验），检查分液漏斗的上塞和旋塞是否严密，以免在使用过程中因旁漏而造成损失。然后将旋塞擦干，涂上薄薄的一层凡士林，转动旋塞，使油层均匀。为了防止在使用时旋塞移动，可套上橡皮圈加以保护。

用分液漏斗分离不相混溶的两种液体时，先将分液漏斗放在铁架台的铁环上，将液体从分液漏斗的上口倒入，倒时注意通气孔，或经过小玻璃漏斗倒入分液漏斗中，盖好上塞，对准通气孔。把分液漏斗的下端靠在接收器的壁上，然后静置，等到两液层界面分清后，打开分液漏斗下面的旋塞，让下层液体流出。当下层液体剩余较少时，放出的速度应较慢；另外，当两液面间的界限接近旋塞时或当分液漏斗壁上沾有下层液体或悬浮物等杂质时，应暂时关闭旋塞，摇动分液漏斗，使液体做圆周运动，使壁上的附着物下沉，再静置片刻，此时下层液体往往会增多一些，然后以较慢的速度将下层液体全部仔细地放出，最后将剩下的上层液体从分液漏斗的上口倒出。

分离液层时，应记住以下规则：下层液体应经旋塞放出，上层液体应从上口倒出。如果上层液体经旋塞放出，则漏斗颈部所附着的残液就会把上层液体弄脏。

利用分液漏斗洗涤除去杂质或提取某种成分时，先将液体与萃取或洗涤用的溶剂由分液漏斗的上口倒入，盖好上塞。为了使分液漏斗中不相混溶的液体有充分接触的机会，用力振荡漏斗。振荡的操作方法如下：一般是先将分液漏斗倾斜，使漏斗的上口略朝下，如图1－4（2）所示，右手捏住漏斗上口颈部，并用食指压紧塞子，以免塞子松开，左手握住旋塞，握持旋塞的方式既要能防止振荡时旋塞转动或脱落，又要便于灵活地扭动旋塞。振荡后，使漏斗仍保持倾斜状态，扭动旋塞，放出蒸气或发生的气体，使内、外压力平衡，以免在放置时，上塞被气体冲出而摔坏。然后将分液漏斗放在铁环上，转动上塞，使塞子上的凹缝或小孔对准漏斗上口颈部的小孔，使之与大气相通。静置令其分层，然后进行分离。

在萃取或洗涤时，上、下两层液体都应该保留直至实验完毕。否则，如果中间的操作发生错误，便无法补救和检查。

2．选择萃取溶剂

选择萃取溶剂一般须具备如下条件：

（1）难溶或不溶于水；

（2）易挥发，便于通过蒸馏与萃取物分离；

（3）易溶解被萃取的有机物（与水相比）；

（4）不与水和被萃取物起反应。

最普通的萃取溶剂是乙醚。

3．叶片的选择

本实验原是菠菜叶色素的提取，因地理环境、季节的差别，可选用各种绿色菜叶或草本绿色植物的叶片。

4．捣烂叶子的时间

捣烂叶子的时间不宜过长，为5～10min，如丙酮挥发，可适量补加。

5．液体有机物的干燥

液体有机物的干燥参见实验8。

三、安全事项

进行萃取操作时，振摇后要注意开启旋塞以排除气体。尤其是以乙醚作萃取剂或用碳酸钠溶液洗涤含有酸性液体的溶剂时，更应经常排气，否则易导致液体冲出，严重时会造成爆炸事故。

实验6　薄　层　色　谱

一、实验目的

学习薄层色谱的原理，学会用薄层色谱法来鉴别、分离、提纯有机物的操作方法。

二、薄层色谱及其原理

薄层色谱是一种微量、快速、简单的分析分离方法。薄层色谱的原理与柱色谱的基本相同，常用的有薄层吸附色谱和薄层分配色谱两种，本实验属薄层吸附色谱。此法是将吸附剂均匀地涂在玻璃板上作为固定相，经干燥活化后点上样品，以具有适当极性的有机溶剂作为展开剂（即流动相）。当展开剂沿薄层展开时，混合样品中易被固定相吸附的组分（即极性较强的成分）移动较慢，而较难被固定相吸附的组分（即极性较弱的成分）移动较快。经过一定时间的展开后，不同组分彼此分开，形成互相分离的斑点。

薄层色谱法兼有柱色谱和纸色谱的优点，它不仅适用于少量样品（几微克到几十微克甚至0．01μg）的分离，而且也适用于较大量样品（可达500mg）的纯化。此法对于挥发性较小，或在较高温时易变化而不能用气相色谱法分析的物质特别适用。薄层色谱也可用于鉴别某些有机物。

三、薄层色谱的操作要点

1．薄层板的制备——铺板

薄层板制备的好坏是实验成败的关键，薄层应尽可能牢固、均匀，薄层厚度以0．25～1mm为宜。

铺板方法有平铺法和倾注法两种。

（1）平铺法是将自制涂布器（图1－6）洗净，把干净的玻璃板在涂布器中摆好，上、下两边各夹一块比前者厚0．25mm或1mm的玻璃板，将糊状物均匀铺于玻璃板上。若无涂布器，也可用边沿光滑的不锈钢尺、玻璃片或玻璃棒两端加皮套，将糊状物自左向右或自右向左（总是朝一个方向）刮平。注意厚度要固定。

（2）倾注法是将调好的匀浆等量倾注在两块洗净、晾干的玻璃片上。用食指和拇指拿住玻璃片两端，前后左右轻轻摇晃，使流动的匀浆均匀地铺在玻璃片上，且表面光洁、平整。把铺好的薄板水平放置晾干，再移入烘箱内加热活化，调节烘箱，缓慢升温至110℃，保持恒温半小时，取出放在干燥器中冷却备用。

2．点样

取薄层板，在其一端离边沿1．0cm处用软铅笔轻轻画一点样线。点样时应选择管口平齐的玻璃毛细管，吸取少量样品溶液，轻轻接触薄层板点样处，如一次点样不够，可待样品溶剂挥发后，再点数次，但应控制样品的扩散直径不超过2mm。

3．展开

薄层色谱需要在密闭的容器中展开，为此可使用特制的层析缸（图2－5），也可用广口瓶代替。将配好的展开剂倒入层析缸（液层厚度约0．5cm）。将点好样品的薄层板放入缸内，点样一端在下（注意样品点必须在展开剂液面之上）。盖好缸盖，此时展开剂即沿薄层上升。当展开剂前沿上升到距薄层板顶端1cm左右时，取出薄层板，尽快用铅笔标出前沿位置，然后置于通风处晾干，或用电吹风吹干。

图2－5　展开薄层色谱的仪器装置

4．显色

薄层展开后，如果样品本身带颜色，则可直接看到斑点的位置。如果样品是无色的，则可采用紫外灯照射、碘薰或喷显色剂等方法显色。

5．Rf值的计算

Rf值是有机化合物的物理常数。当严格控制实验条件时，每种化合物在选定的固定相和流动相体系中有特定的Rf值。因此，可利用薄层色谱进行化合物的鉴定。

一个化合物在薄层板上升的高度与展开剂上升的高度的比值称为该化合物的Rf值。

四、苏丹红和偶氮苯混合液的分离及Rf的测定

本实验以硅胶为吸附剂，以羧甲基纤维素钠为黏合剂，制成薄层硬板。用环己烷与乙酸乙酯（体积比为9∶1）作展开剂，分离样品苏丹红和偶氮苯混合溶液，并在同样条件下，点上纯样品对照，确定两者的斑点。

将1g硅胶G和3．5mL 1%CMC－Na水溶液置于研钵中调成浆状后，分别倒在两块2．5cm×10cm的玻璃片上，轻轻振摇，使浆状物均匀附在玻璃片上，晾干，然后置于105～110℃的烘箱内恒温半小时，取出冷却。在离薄层板一端约1cm处，用铅笔轻轻画一直线。用固定的毛细管分别吸取事前配制好的0．5%～1%的苏丹红、偶氮苯的氯仿溶液和以上两者的混合溶液，每块板点两个样。晾干后，将薄层板放入已装有10～15mL环己烷与乙酸乙酯（体积比为9∶1）展开剂的层析缸内展开，当溶剂上升到前沿时，取出晾干，观察斑点的位置并计算Rf值。

五、思考题

（1）在薄层色谱中，何谓硅胶G、硅胶H、硅胶GF254？

（2）点样时，样品浓度太高或斑点太大有何影响？

（3）展开剂的高度超过点样线，对薄层色谱有什么影响？

（4）用薄层色谱分离混合物时，如何判断各组分在薄层上的位置？

实验指导

一、预习要求

了解薄层色谱的有关概念及其原理、主要步骤、操作方法。

二、实验说明

（1）薄层板制备的好坏是薄层色谱法成败的关键。为此，薄层必须尽量均匀且厚度（0．25～1mm）要固定。否则，在展开时溶剂前沿不整齐，分析结果也不易重复。

（2）薄层色谱中常用的吸附剂和柱色谱中用的一样，有氧化铝和硅胶（SiO2·xH2O）等。薄层色谱常用的硅胶有三种类型：① 硅胶G，除硅胶外，还含有作为黏合剂的煅石膏，使用时直接加蒸馏水调成匀浆即可；② 硅胶H，不含黏合剂，使用时必须加入适当的黏合剂，如羧甲基纤维素钠（简称CMC－Na）等；③ 硅胶GF254，含有煅石膏和荧光物质，可在紫外光下观察荧光。

（3）点样时，样品液的浓度要适宜。浓度太高易引起斑点拖尾，浓度太低则由于体积大引起斑点扩散。点与点之间相距1cm左右，斑点大小以直径2cm为宜。

（4）苏丹红的结构式是

化学名为：1－［4－（α－甲基苯偶氮）－2－甲基苯基偶氮］－2－萘酚。

（5）展开后取出薄板，立即在展开剂前沿画出标记，如不注意此点，展开剂挥发后，无法确定其上升的高度；也可先画出前沿，待展开剂到达时立即取出。晾干时溶剂仍可扩散一段距离，计算Rf值时不计算在内，所以晾干时一定要水平放置，防止出现这种情况。

（6）薄层吸附色谱展开剂的选择，原则上和吸附柱色谱洗脱剂的选择类似，主要是根据样品的极性、溶解度和吸附剂的活性等因素综合考虑。展开剂的极性越大，对化合物的洗脱能力越强，Rf值也越大。薄层色谱用的展开剂绝大多数是有机溶剂，各种溶剂的极性参见实验7。

（7）常用显色方法有如下几种。① 紫外灯显色：如果样品本身是发荧光的物质，可以把展开后的薄层板放在紫外灯下，在暗处可观察到这些荧光物质的亮点；如果样品本身不发荧光，可在制板时，在吸附剂中加入适量的荧光指示剂，或在制好的板上喷荧光指示剂，待薄层板展开干燥后放于紫外灯下观察，可呈现颜色斑点。②碘薰显色：将经展开并干燥后的薄层板，放入已加有碘晶体的干燥广口瓶内，盖上瓶盖，直到暗棕色的斑点足够明显时取出，立即用铅笔画出斑点的位置。由于碘易升华，薄层板在空气中放置一段时间，斑点即消失。

此外，还可采用喷显色剂显色。

三、安全事项

薄层色谱实验所用展开剂多为有机溶剂，有些溶剂（如苯等）有一定的毒性，展开、晾干等操作最好在通风橱内进行。

实验7　柱色谱

一、实验目的

学习柱色谱法的基本原理，掌握用柱色谱法分离、提纯有机物的操作方法。

二、柱色谱及其基本原理

柱色谱是常用色谱分析法的一种。

色谱分析法是分离、纯化和鉴定有机物的重要方法之一，开始仅用于分离有色化合物，由于显色方法的引入，现已广泛应用于无色化合物的分离和鉴定。色谱分析法的基本原理是利用混合物各组分在某一物质中的吸附、溶解性能（分配）的不同，使混合物的溶液流经该种物质进行反复的吸附或分配作用，从而使各组分分离。

目前，常用的色谱分析法有：气相色谱法、柱色谱法、薄层色谱法、纸色谱法。

常用的柱色谱有吸附色谱和分配色谱两种，吸附色谱常用氧化铝和硅胶为吸附剂，分配色谱以硅胶和纤维素为支持剂，以吸附较大量的液体作为固定相。下面将介绍以氧化铝为吸附剂的柱色谱分离方法。

以氧化铝为吸附剂的柱色谱实际上是一种固－液吸附色谱法，固体氧化铝是固定相，液体样品通过固定相时，由于固定相对液体中各组分的吸附能力不同而使各组分分离开。这种分离是通过色谱柱（图1－7）来实现的，色谱柱内装有固体吸附剂氧化铝（固定相），液体样品从柱顶部加入，在顶部被吸附剂吸附，然后，从柱顶部加入作为洗脱剂的有机溶剂（流动相），由于吸附剂对各组分的吸附能力不同，各组分以不同速率下移，被吸附较弱的组分在流动相里的含量比被吸附较强的组分要高，以较快的速率向下移动。这样，样品中各组分经过反复多次的吸附－洗脱而随溶剂以不同的时间从色谱柱下端流出，用容器分别收集，以达到分离、提纯的目的。如各组分为有色物质，则可直接观察到不同颜色谱带；如为无色物质，则不能观察到谱带。一般可按时间分段或按一定体积收集洗脱液，再分别鉴定。有时一些物质在紫外线照射下能发出荧光，则可用紫外光照射。

三、实验步骤

（一）绿色植物叶色素的分离

1．样品的处理及制备

见实验5。

2．装柱

将一根洗净、烘干的色谱柱垂直固定于铁架台上，于柱的下端放入少许的玻璃棉。在玻璃棉上覆盖约5mm厚的石英砂，关上活塞，沿柱壁倒入适量的石油醚（约为柱高的3／4）。

取一定量中性氧化铝，通过一个干燥粗颈漏斗连续而缓慢地加入柱中，在加入中性氧化铝的同时必须打开活塞，使石油醚的流出速度为1滴／s，并随时用一头带有橡皮管（塞）的玻璃棒轻轻敲打柱身，装入量约为柱高的3／4，最后在柱的上端加入少许玻璃棉，再覆盖5mm厚的石英砂。

3．加样

当石油醚刚流至上层石英砂顶部时，立即沿柱壁加入2mL实验5中已处理好的样品，当样品下降至砂面时，用少量石油醚洗下柱壁的有色物质，如此连续2～3次，直到洗净为止。

4．洗脱

在石油醚的液面刚流至石英砂表面时，缓慢加入10～15mL 1∶9丙酮－石油醚洗脱液，当有黄色谱带出现并待其移动到柱的中间时，改用1∶1丙酮－石油醚洗脱液，观察色带的出现及分离情况，并用锥形瓶分别收集洗脱液。

（二）甲基橙与亚甲基蓝的分离

1．装柱

选一合适层析柱，洗净干燥后垂直固定在铁架台上，层析柱下端置一锥形瓶。在柱底铺一层脱脂棉，轻轻压紧，然后再铺上一层石英砂（约0．5cm厚），用木制试管夹敲打柱身，使砂子上层成水平。关闭柱下部活塞，向柱内倒入95%乙醇至柱高的3／4处，打开活塞，控制乙醇流出速度为1滴／s。然后用乙醇将吸附剂（中性氧化铝）调成糊状，并将其通过一只干燥的短颈漏斗从柱顶加入，使溶剂慢慢流入锥形瓶。添加吸附剂的过程中要敲打柱身，使装入的氧化铝紧密均匀，顶层水平。当装柱至3／4处时，再在上面加一层0．5cm厚的石英砂。操作时一直保持上述流速，但要注意不能使石英砂顶层露出液面，柱顶变干。

2．加样

把1mg甲基橙和5mg亚甲基蓝溶于2．2mL乙醇中。打开色谱柱的活塞，将其顶部多余的溶液放出。当液面降至离石英砂顶层还有1mm高时，关闭活塞，将上述溶液用滴管小心地加入柱内，用滴管取少量溶剂洗涤层析柱内壁上沾有的样品溶液。注意不要把柱内吸附剂平面冲得凹凸不平。

3．洗脱与分离

样品加完并混溶后，开启活塞，当液面下降至和砂层顶层相近时，便可滴加洗脱剂（95%乙醇）进行洗脱，流速控制为1滴／s，这时亚甲基蓝的谱带和甲基橙谱带分离。亚甲基蓝因极性较小，向柱下部移动，极性较大的甲基橙留在柱的上端。继续加入足够量的95%的乙醇，使亚甲基蓝的色带全部从柱子里洗下来。待洗出液呈无色时，更换一只接收器，改用水为洗脱剂，这时甲基橙向柱子下部移动，用容器收集，同样至洗出液呈无色为止。

实验完毕，倒出柱中的中性氧化铝，并把色谱柱洗干净放回原处。

四、思考题

（1）为什么极性大的组分要用极性大的溶剂洗脱？

（2）在氧化铝柱上，若分离偶氮苯和邻硝基苯胺，哪个物质容易被洗脱下来？

（3）柱子中若留有空气或填装不均匀，将怎样影响分离效果，如何避免？

实验指导

一、预习要求

了解柱色谱的原理，熟悉实验操作的几个主要步骤及应注意的问题。

二、实验说明

（1）吸附剂的选择。进行柱色谱分离时，首先应选择合适的吸附剂。常用的吸附剂有氧化铝、硅胶、氧化镁、碳酸钙、活性炭等。一般要求吸附剂：①有大的表面积和一定的吸附能力；②颗粒均匀，且在操作过程中不碎裂，不起化学反应；③对待分离的混合物各组分有不同的吸附能力。现已发现供柱色谱法用的固体吸附剂与极性化合物结合能力的顺序为：纸＜纤维素＜淀粉＜糖类＜硅酸镁＜硫酸钙＜硅酸＜硅胶＜氧化镁＜氧化铝＜活性炭。

（2）吸附剂——氧化铝。柱色谱最常用的吸附剂是氧化铝和硅胶，市售的氧化铝分为酸性、碱性和中性三种。酸性氧化铝是用1%盐酸浸泡后，用蒸馏水洗至悬浮液的pH值为4～4．5，用于分离酸性物质。中性氧化铝的pH值为7．5，用于分离中性物质，应用最广。碱性氧化铝的pH值为9～10，用于分离生物碱、碳氢化合物等。

氧化铝的活性与其含水量有关，含水量越低，活性越高。氧化铝的活性一般分为五级。Ⅰ级氧化铝活性最高，并且很容易失去活性。氧化铝的活性等级与含水量的关系如表2－5所示。

表2－5　氧化铝的活性等级与含水量的关系

（3）柱色谱的洗脱剂。选择合适的洗脱剂，是用柱色谱法分离有机物的关键问题之一。洗脱剂可以是单一溶剂，也可以是混合溶剂，其种类很多。下面列出最常用的洗脱剂以及极性的次序（供参考）：己烷＜环己烷＜甲苯＜二氯甲烷＜氯仿＜环己烷－乙酸乙酯（80∶20）＜二氯甲烷－乙醚（80∶20）＜二氯甲烷－乙醚（60∶40）＜环己烷－乙酸乙酯（20∶80）＜乙醚＜乙醚－甲醇（99∶1）＜乙酸乙酯＜四氢呋喃＜正丙醇＜乙醇＜甲醇。

（4）在装柱时，加完氧化铝后都应加入0．5～1cm厚的石英砂，其目的是使加料时不至于把吸附剂冲起，影响分离效果，若无石英砂，也可用玻璃纤维代替。

（5）当加入1∶9丙酮－石油醚洗脱时，有黄色谱带出现，但黄色色带容易消失，须及时观察。从菠菜中可得到部分色素，如表2－6所示。

表2－6　从菠菜中得到的部分色素

如用绿色植物（杂草）叶进行实验，其色素大体相同，可供参考。

三、安全事项

如将有毒试剂作为溶剂或洗脱剂，要注意通风。

实验8　石油醚的纯化与干燥

一、实验目的

（1）了解有机溶剂纯化的原理和方法。

（2）掌握分液漏斗的使用、干燥剂的使用、蒸馏操作以及不饱和烃的检验方法。

二、实验原理

石油醚是常用的有机溶剂，它是低相对分子质量的烃类、轻质石油产品，主要成分是戊烷和己烷。通常将石油醚分成沸程为30～60℃、60～90℃、90～120℃等不同规格。石油醚中含有少量不饱和烃，其沸点与烷烃相近，若用简单蒸馏方法，则难以分离。由于不饱和烃性质活泼，要将石油醚作为惰性有机溶剂还必须进行适当处理，除去所含不饱和烃和水分等杂质。实验室和工业部门都采用化学方法除去石油醚中的不饱和烃杂质。

硫酸氢酯溶于浓硫酸，而石油醚不溶，两者密度相差较大，明显地分成两层，利用分液漏斗将硫酸层和石油醚分开，再将石油醚洗净，干燥、蒸馏，达到提纯目的。

三、实验步骤

量取20mL石油醚（沸程为60～90℃），小心倒入50mL分液漏斗中，慢慢加入4mL浓硫酸，盖好顶塞，充分振摇分液漏斗后，静置分层，放出下层硫酸。上层石油醚再用4mL浓硫酸洗涤一次。取少量石油醚，逐滴加入1%高锰酸钾溶液，若观察到高锰酸钾紫色褪去，则仍需用浓硫酸洗涤。最后分别用15mL水洗涤石油醚两次。静置，彻底分尽水层，将石油醚倒入干燥的锥形瓶，加入1．0～1．5g颗粒状的无水氯化钙，盖紧塞子，不时地振摇锥形瓶，干燥30min以上。

将干燥好的石油醚滤入50mL干燥的圆底烧瓶中，热水浴加热进行蒸馏，控制加热温度，使馏出速度为1～2滴／s，观察并记录蒸馏过程中的沸点变化。量取全部馏出液的体积，计算收率。

四、思考题

（1）石油醚作为惰性有机溶剂，为什么要用化学方法纯化？

（2）蒸馏低沸点易挥发有机化合物时，应注意哪些问题？

（3）如分液操作中，水分离不彻底，干燥剂加得太多或太少，对实验结果有什么影响？

实验指导

一、预习要求

（1）了解石油醚纯化的原理及方法。

（2）复习实验5中分液漏斗的使用和实验2中蒸馏操作等内容。

二、实验说明

（1）分液漏斗在振摇过程中要不时放气。因为易挥发的有机溶剂在振摇过程中会逸出液面，与分液漏斗中其他气体合并，使分液漏斗中的气体压力增大，若不及时放气，会将顶塞冲开。分离水层时，应将水层彻底分净。

（2）在有机化学实验中，在蒸除溶剂和进一步提纯所提取的物质之前，常常需要除掉溶液或液体中含有的水分，一般可利用分馏或生成共沸混合物除水，也可使用干燥剂除水，这里主要介绍用干燥剂除水的方法。

干燥剂可分为以下几类：① 和水能结合成水合物的干燥剂，如氯化钙、硫酸镁和硫酸钠等；② 和水起化学反应，形成另一种化合物的干燥剂，如五氧化二磷、氧化钙等。

选择干燥剂时，必须符合下列条件：① 不能与被干燥的有机物发生任何化学反应或起催化作用；② 不溶于该有机物中；③ 干燥速度快，吸水量大，价格低廉。

干燥剂的种类较多，现将各类液体有机化合物常用的干燥剂列于表2－7。

表2－7　各类液体有机物常用的干燥剂

操作方法：加入干燥剂前，应尽可能将被干燥液中的水分分离干净，不应有任何可见的水层和悬浮水珠。置该液体于锥形瓶中，加入颗粒大小合适、均匀的干燥剂，用塞子塞紧，振摇片刻。如发现有水层，必须将水层分去，再加入干燥剂。如干燥剂附在瓶壁互相黏结，通常是因为干燥剂数量不够，应补加，一般每10mL样品加入干燥剂0．5～1．0g。放入干燥剂后的被干燥液必须放置30min以上（有的最好过夜），并不时振摇。有时在干燥前，液体出现混浊，经干燥后变为澄清透明液，且干燥剂棱角分明，可视为水分基本除去的标志。当然，也有液体虽已澄清透明，但不能说明不含水分。因为透明与否和水在有机液体中的溶解度有关。蒸馏之前，必须把干燥剂和溶液分离。

（3）蒸馏低沸点易挥发的有机物时，切不可用明火，而且蒸馏操作须在良好的通风状况下进行，或用胶管将接液管出气口导出室外。

（4）用酸、碱或其他物质洗涤有机物后，都须用水洗除有机物中夹杂的酸、碱或其他物质。防止酸、碱或其他物质在干燥、蒸馏时腐蚀仪器或产生一些副反应，或被蒸馏带出。

三、安全事项

石油醚为易燃有机物，实验过程中要注意防火、安全。

实验9　水蒸气蒸馏

一、实验目的

了解水蒸气蒸馏的原理，掌握仪器装置及操作技术。

二、实验原理

水蒸气蒸馏是纯化分离有机化合物的重要方法之一。

当水和不溶于水（或难溶于水）的化合物一起存在时，根据道尔顿定律，整个体系的蒸气压应为各组分蒸气压之和，即p＝pA＋pB，其中，p为总的蒸气压，pA为水的蒸气压，pB为不溶于水的化合物的蒸气压。当混合物中各组分的蒸气压总和等于外界大气压时，混合物开始沸腾，这时的温度即为它们的沸点，所以混合物的沸点将比其中任何一组分的沸点都要低。因此，常压下应用水蒸气蒸馏，能在低于100℃的情况下将高沸点组分与水一起蒸出来。蒸馏时，混合物的沸点保持不变，直到其中一组分几乎全部蒸出（因为总的蒸气压与混合物中两者的相对量无关）。混合物蒸气压中各气体分压（pA、pB）之比等于它们的物质的量之比。即

水蒸气蒸馏通常用于下列几种情况：

（1）反应混合物中含有大量树脂状杂质或不挥发性杂质。

（2）要求除去易挥发的有机物。

（3）从固体的反应混合物中分离被吸附的液体产物。

（4）某些有机物在达到沸点时容易被破坏，采用水蒸气蒸馏可在100℃以下蒸出。但使用这种方法时，被提纯化合物应具备下列条件：① 不溶或难溶于水，如溶于水则蒸气压显著下降，例如丁酸比甲酸在水中的溶解度小，所以丁酸比甲酸易被水蒸气蒸馏出来，虽然纯甲酸的沸点（101℃）较丁酸的沸点（162℃）低得多；② 在沸腾状态下与水不起化学反应；③ 在100℃左右，该化合物应具有一定的蒸气压，一般不小于1．33kPa（10mmHg）。

三、操作要点

按图1－14所示水蒸气蒸馏装置安装好仪器装置。

进行水蒸气蒸馏时，先将反应混合物放入长颈圆底烧瓶中，把T形管上的弹簧夹打开，加热水蒸气发生器使水沸腾，当有水蒸气从T形管冲出时，关紧弹簧夹，使水蒸气通入烧瓶中。为了使水蒸气不致在烧瓶中冷凝而积累过多，在通入水蒸气前，可在烧瓶下放一石棉网，用小火加热。蒸馏过程中如果安全管内的水柱从顶端喷出，说明蒸馏系统内压力增高，应立即打开弹簧夹，移走热源，停止蒸馏。检查管道有无堵塞。如果蒸馏烧瓶内压力大于水蒸气发生器内的压力，将产生液体倒吸，也应立即打开弹簧夹。

如待蒸馏物的熔点高，冷凝后析出固体，则应调小冷凝水的流速或停止冷凝水流入，甚至将冷凝水放出，待物质熔化后再小心而缓慢地通入冷凝水。

当蒸馏液澄清透明，不再含有油珠状的有机物时，即可打开弹簧夹，移去热源，停止蒸馏。馏出物和水的分离方法根据具体情况确定。

四、用水蒸气蒸馏法提纯2－硝基－1，3－苯二酚

称取1g 2－硝基－1，3－苯二酚，装入150mL三口烧瓶中，加入20mL水，按图1－14所示装好水蒸气蒸馏装置，接收瓶用冷水浴冷却。按上述操作要点，待蒸馏完毕，将馏出物用冰水浴充分冷却后抽滤，再取出橙红色结晶置表面皿中分散，用红外灯干燥至恒重，测熔点，称重，计算收率。

五、思考题

（1）简述水蒸气蒸馏的基本原理。

（2）化合物具备哪些条件时可进行水蒸气蒸馏？

（3）在什么情况下可使用水蒸气蒸馏？

（4）欲使水蒸气蒸馏能顺利进行，要注意哪些问题？

实验指导

一、预习要求

（1）了解水蒸气蒸馏原理，熟悉其仪器装置、操作技术要点及安全要求。

（2）熟悉重结晶中的抽滤操作和熔点测定技术。

二、实验说明

（1）2－硝基－1，3－苯二酚为橙红色片状结晶，熔点为84～85℃，微溶于冷水，易溶于乙醇。

（2）温度稍低时，2－硝基－1，3－苯二酚容易结晶。水蒸气蒸馏时，为了不因为其结晶而堵塞冷凝管或接液管，应降低冷凝管中冷却水的流速，甚至暂停通入冷却水，但是不能将冷却水放空，以免冷凝管内温度太高而使2－硝基－1，3－苯二酚随水蒸气蒸发至接收瓶外而损失。

（3）冷凝管中无结晶时，可缓慢加大冷却水流速，待冷凝管中温度较低时若仍无结晶析出，说明已蒸馏完毕。

（4）红外灯不能离表面皿太近，以免因温度太高而使2－硝基－1，3－苯二酚熔化后结块。

三、安全事项

（1）防止水蒸气导管堵塞，以免发生意外事故。

（2）防止冷凝管和接液管被结晶堵塞而发生倒吸或意外事故。

实验10　减压蒸馏

一、实验目的

了解减压蒸馏的原理、主要仪器设备及装置，熟悉基本操作技术。

二、实验原理

分离与纯化有机化合物经常使用减压蒸馏这一重要操作。有些有机化合物往往加热未到沸点即已分解、氧化、聚合，或因其沸点很高，因此不能用常压蒸馏方法进行纯化，而采用降低系统内压力，以降低其沸点来达到蒸馏纯化的目的。减压蒸馏也称真空蒸馏，一般把低于一个大气压的气态空间称为真空，因此真空在程度上有很大差别。

由于液体表面分子逸出所需要的能量随外界压力降低而降低，所以，设法降低外界压力便可降低液体的沸点。沸点与压力的关系可近似用下式求出：

如以lgp为纵坐标、1／T为横坐标，可以近似地得到一条直线。从两组已知的压力和温度求出A和B的数值，再将选择压力代入上式，计算出液体的沸点。

一般来说，当压力降低到2．67kPa（20mmHg）时，大多数有机物的沸点比常压（0．1MPa，760mmHg）下的沸点低100～120℃。

三、减压蒸馏装置

减压蒸馏使用的仪器装置参见图1－13，装置可分为如下三部分。

（1）蒸馏部分：由双颈的减压蒸馏瓶（又称克氏（Claisen）蒸馏瓶）、冷凝管、多尾接液管和接收瓶组成。用克氏蒸馏瓶的目的是避免减压蒸馏时由于瓶内液体沸腾而冲入冷凝管中。克氏蒸馏瓶的一个颈插入毛细管，其下端离瓶底1～2mm，在减压蒸馏时能进入少量空气或惰性气体，作为被蒸液的气化中心。用多尾接液管的目的是在蒸馏过程中不中断减压而能收集不同的馏分。

（2）抽气减压部分：通常用油泵，若真空度要求不高，也可用水泵。

（3）保护及测压装置：由于油泵是结构精密的机械装置，有机溶剂、水及酸性气体都会损坏油泵，使其达不到真空度的要求，必须有保护装置，如图1－13中标出的各种吸收塔和冷阱。在使用水泵时，不必使用保护装置。测压用水银压力计，安全瓶用于调节蒸馏系统的真空度即内部气压。

四、操作要点

（1）认真地按减压蒸馏装置图（图1－13）装好仪器。在克氏蒸馏瓶中，装入待蒸馏的液体（注意液体量不超过蒸馏瓶容积的1／2）。

（2）使用油泵进行减压蒸馏前，应先进行普通蒸馏及用水泵减压蒸馏，除去低沸点物质。加热温度以产品不分解为原则。

（3）仔细地检查整个减压蒸馏系统，看装置是否合理，如玻璃仪器是否破裂、接头部分是否密合等。待检查妥当后，旋紧毛细管抽气。逐渐关闭安全瓶上的二通活塞。从压力计上观察系统所能达到的真空度。再小心旋转安全瓶上的二通活塞，使缓慢地引进少量空气以调节至所需要真空度。如仍有少量差距，可适当调节毛细管上的螺旋夹，使液体中有连续平稳的小气泡通过。开始用油浴加热，控制油浴温度比待蒸液的沸点高20～30℃，使蒸馏速度控制在馏出液1～2滴／s。经常注意蒸馏情况，记录压力和沸点等数据。纯化合物沸点变化范围一般不超过2℃。当达到欲蒸馏液的沸点时，小心转动接液管，收集馏出液，直到蒸馏结束。

（4）蒸馏结束和蒸馏过程中需要中断时均应先移去热源，撤去热浴，待稍冷却后，打开毛细管上的螺旋夹，缓慢打开安全瓶上的二通活塞解除真空，使系统内外压力平衡后方可关闭油泵。否则由于系统中压力低，油泵中的油就有被吸入干燥塔的可能。

（5）减压蒸馏系统有时因漏气而达不到所要求的真空度（不是水泵和油泵本身的原因）。应分段在每个连接位置涂肥皂水检查，也可先分段关住，看压力有无变化，帮助判断漏气的接头。于漏气部位涂少许熔化的石蜡，在涂蜡的缝隙处用电吹风加热再熔。涂蜡应在解除真空的条件下进行。

五、乙酰乙酸乙酯的减压蒸馏

量取10mL乙酰乙酸乙酯，装入25mL克氏蒸馏瓶中，按图1－13安装好减压蒸馏装置，按上述操作要点进行减压蒸馏。乙酰乙酸乙酯的沸点与压力的关系如表2－8所示。

表2－8　乙酰乙酸乙酯的沸点与压力的关系

待蒸馏完毕，除去热源，蒸馏瓶稍冷后，打开毛细管上端的螺旋夹，观察压力计上的水银柱，同时用手缓慢打开安全瓶上的二通活塞，解除真空后关闭油泵。取出所需馏分，测折光率，量体积，计算收率。

六、思考题

（1）简述减压蒸馏原理、所需仪器设备及安装的注意事项。

（2）什么样的有机化合物可用减压蒸馏的方法进行分离提纯？

（3）为什么在减压蒸馏时要用毛细管而不用沸石作为气化中心？如果毛细管堵塞不通，减压蒸馏时会发生什么问题？应如何处理？

（4）用油泵进行减压蒸馏前，为什么要先用普通蒸馏或水泵蒸馏除去低沸点物质？

（5）减压蒸馏时要注意哪些安全问题？

实验指导

一、预习要求

（1）了解减压蒸馏原理及仪器设备的安装，熟悉其操作技术。

（2）熟悉哪些化合物可用减压蒸馏法进行分离提纯。

（3）熟悉减压蒸馏时要注意的安全问题。

二、实验说明

（1）纯的乙酰乙酸乙酯，沸点180．4℃，折光率1．419 2。

（2）如果减压蒸馏装置达不到所需的真空度，也可检查蒸馏仪器的各个磨口接头，若哪个磨口接头不能旋转，说明该磨口接头漏气，须解除真空后，在磨口处重新涂上真空脂。

（3）解除真空后，大量空气进入蒸馏系统，若瓶内温度太高，内容物遇到空气中的氧，可能被氧化分解，甚至发生意外事故，因此，在解除真空前，必须适当降温。

三、安全事项

（1）必须先撤去热浴，待蒸馏瓶内温度降低后才能解除真空，以免发生意外。

（2）必须在密切注视压力计上水银柱的情况下，才能缓慢打开安全瓶上的二通活塞，先慢后快地解除真空，以免发生意外事故。

实验11　旋光度的测定

一、实验目的

学习旋光仪的使用方法，了解手性物质旋光度与比旋光度的概念。

二、实验原理

测定手性化合物的旋光度的仪器称为旋光仪。

物质的旋光度与溶液的浓度、溶剂、温度、旋光管长度和所用光源的波长有关系：

单糖、双糖以及淀粉的分解产物糊精都有旋光性。糖的浓度越大，旋光能力也越大。各种糖都有一定的比旋光度，应用旋光度的测定，可以测出糖的含量。上面的关系式可写成

三、实验步骤

准确称取葡萄糖10g置于100mL容量瓶中，配成水溶液，依下述操作测定其旋光度。

在使用旋光仪测定旋光度之前，先用蒸馏水校正旋光仪的零点。选用长度适宜的测定管，取下测定管一头的螺帽及玻璃盖橡皮圈，然后将测定管竖起，注入蒸馏水至管口，因表面张力而形成的凸液面中心高出管顶，这时装上测定管的玻璃盖、橡皮圈，旋上螺帽，直到不漏水为止。螺帽不能旋得太紧，否则护片玻璃会被拧破，注意测定管中不应留有气泡，否则影响读数的准确性。然后将测定管两头残余溶液擦干，以免影响观察清晰度及测定精度。把装有蒸馏水的测定管放在旋光仪的管槽里，先将仪器接上220V交流电源，开启电源开关，约5min后钠光灯发光正常，就可开始工作，调节仪器目镜的焦点，使图像清晰。检查仪器零位是否正确，即在仪器未放测定管或放进充满蒸馏水的测定管时，旋转度盘手轮，使视场中三部分亮度一致，且再向左或向右旋时都使视场中三部分明暗相间、界限分明，看度盘是否在零位，如不在零位，说明零位有误差，必须记下数据供测量时校正，应在测量读数中减去或加上该偏差值。

另取一支长度适宜的干净测定管，先用少量配好的葡萄糖溶液冲洗两次，然后在测定管内装满葡萄糖溶液，放在旋光仪的槽中，旋转度盘手轮使视场三部分亮度一致，记录度盘上的度数。从这一度数中减去测蒸馏水时的度数，即得葡萄糖溶液在测定条件下的旋光度。

测新配制的葡萄糖溶液的旋光度，并计算比旋光度，以后每隔0．5～1h测一次旋光度，连续测定4～6次，观察有何现象，解释原因。

测定管用完后要及时将溶液倒出，用蒸馏水洗涤干净，揩干放置好。所有镜片均不能直接用手擦干，而应用镜头纸擦干。

实验指导

一、预习要求

（1）阅读并领会旋光度测定的原理和操作方法。

（2）观看相关录像。

二、实验说明

（1）旋光度的测定一般要求在18～22℃进行，温度升高1℃，大多数旋光物质的旋光度减少0．3%。

（2）测定旋光度时，样品溶液必须澄清，不应混浊或含有悬浮的小颗粒，否则应先过滤。

（3）每次测定之前应以溶剂做空白实验，校正零位。测定样品后，再测一次空白，以确定在测定时零位有无变化，如果第二次校正发现零位有变动，则应重新测定旋光度。

实验12　有机化合物波谱鉴定简介

有机化学是用分子结构来描述的一门学科，结构决定性质，性质决定用途。因此，有机化合物的结构鉴定是有机化学研究工作中一项最基础和最重要的工作。早期的有机化合物结构鉴定，主要是通过化学方法实现的。对于比较复杂的分子来说，需要通过多种化学反应，分析大量的样品，实验工作比较烦琐，往往需要较长的时间才能完成。测定有机化合物结构的波谱法，是20世纪五六十年代发展起来的现代物理实验方法，具有快速、准确、样品用量少等优点，目前已经成为化学研究工作中不可缺少的研究手段。

有机化合物结构鉴定常用的波谱主要有紫外光谱（UV，Ultraviolet Spectrum）、红外光谱（IR，Infrared Spectrum）、核磁共振谱（NMR，Nuclear Magnetic Resonance）和质谱（MS，Mass Spectrum）。

一、紫外光谱

紫外光的波长为10～400nm。分子吸收紫外光后，发生价电子能级跃迁，产生紫外吸收光谱，因此，紫外光谱又称电子光谱。远紫外光波谱测定比较困难（易被空气中氧气和二氧化碳吸收），通常所说的紫外光谱是指近紫外区（200～400 nm）的吸收光谱。有些有机分子，特别是具有共轭体系的分子的价电子跃迁吸收往往出现在可见光区（400～800nm）。从应用的角度考虑，通常将紫外和可见光谱连在一起，称为紫外－可见光谱。紫外光谱的产生机理可参阅相关教材。

1．紫外光谱图

紫外光谱图现在一般都是由仪器检测终端相连的计算机自动生成的。紫外光谱图提供了两个重要的数据：吸收峰的位置和吸收光谱的吸收强度。在大多数的文献报道中，通常不绘制出紫外光谱图，只是报道化合物的最大吸收峰的波长λmax及与之相对应的摩尔消光系数εmax。由于用作测定试样的紫外光谱的溶剂可能影响λmax和εmax值，文献报道化合物的紫外光谱图及λmax、εmax时，需标明所用的溶剂。

紫外光谱可以提供分子中生色基团和助色基团的信息。不共轭的生色基团的紫外吸收波长大多在远紫外区，当分子中存在共轭（p－π共轭和π－π共轭）结构时，紫外吸收波长落在近紫外区。共轭双键越多，吸收波长越长，共轭双键增加到一定程度，吸收波长可进入可见区。因此，紫外光谱是判断分子内是否含有共轭结构的最有效的手段。

2．样品测量

1）紫外－可见分光光度计

紫外光谱是用紫外－可见分光光度计测定的。紫外－可见分光光度计有单光束、双光束和双波长等几种类型。目前使用的大多为双光束型，其光路图如图2－6所示。

图2－6　双光束紫外可见分光光度计光路图

紫外－可见分光光度计由下列部件组成。

（1）光源。在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。可见光区通常用钨灯作为光源，其辐射波长范围为320～2 500nm。紫外光源通常用氘灯，能发射185～400nm的连续光谱。

（2）单色器。将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出任一波长单色光的光学系统，主件为棱镜或光栅。

（3）样品室。样品室由各种类型的吸收池（比色皿）和相应的池架附件构成。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须采用石英池，可见区可用玻璃池。

（4）检测器。利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号的装置，常用的有光电池、光电管或光电倍增管。

（5）结果显示记录系统。目前一般都是用计算机进行仪器自动控制和结果处理。

2）紫外光谱的样品测试

一般按下列步骤进行样品测试。

（1）选择溶剂。紫外光谱测定常用的溶剂有烷烃（己烷、庚烷、环己烷）、H2O、甲醇、乙醇等。测定非极性化合物多用烷烃作溶剂，而测定极性化合物多用H2O、甲醇、乙醇作溶剂。

溶剂需要选用光谱纯的，若没有光谱纯的溶剂，普通溶剂经除去相关杂质后可使用。如烷烃溶剂中往往含有烯烃或芳香烃杂质，可用硅胶吸附法除去，或加入适量浓硫酸振摇洗涤后放置24h，分去硫酸，依次用NaOH和水洗涤，再用CaCl2干燥后蒸馏备用。乙醇中可能存在的醛类杂质可加入10%固体NaOH和少量AgNO3，放置4h，然后回流加热1h后蒸馏除去。氯仿中的稳定剂（乙醇）或光气可用浓硫酸洗涤除去。水作溶剂时，要用新鲜的蒸馏水或去离子水，且不要储存在塑料瓶中。

选择溶剂还要求溶剂必须在测量波段是透明的，否则会发生吸收而造成干扰。表2－9列举了常用溶剂的使用波长极限，在极限以上溶剂是透明的，在极限以下则有吸收，会发生干扰。

表2－9　常用溶剂的最低使用波长极限

（2）溶液的配制。一般溶液的浓度最好使透射比在20% ～65%之间，以10－5～10－2 mol／L为宜。有π－π＊跃迁的样品的摩尔消光系数ε很大，因此样品的浓度必须很低，一般是10－5～10－4 mol／L。如果酸性或碱性物质用水作溶剂，由于其离解的阴离子或阳离子的光谱与母体不同，会出现混合光谱，因此酸性物质应在0．1mol／L HCl水溶液中进行，碱性物质则在0．1mol／L NaOH水溶液中进行。

（3）测定。操作时在样品池内装满样品溶液，将盖子沿池口边缘轻轻平推盖好，石英池表面的溢出物要用软的薄绢或擦镜纸揩拭，手指切不可触及石英池的光学表面。样品池放入样品室后，按仪器说明书提供的操作步骤进行测试。

3．紫外光谱的应用

1）结构测定

通过测定样品化合物特性参数λmax和εmax，然后与文献数据进行比较，可以作为结构测定依据之一。根据紫外光谱还可了解样品分子的共轭程度、空间效应、氢键等，也可对饱和与不饱和化合物、异构体及构象进行判别。

（1）若在200～750nm波长范围内无吸收峰，则可能是直链烷烃、环烷烃、饱和脂肪族化合物或仅含一个双键的烯烃等。

（2）若在270～350nm 波长范围内有低强度吸收峰（ε＝10～100 L／（mol·cm），n→π跃迁），则可能含有一个简单非共轭且含有n电子的生色基团，如羰基。

（3）若在250～300nm波长范围内有中等强度的吸收峰，则可能含苯环。

（4）若在210～250nm波长范围内有强吸收峰，则可能含有2个相互共轭的双键；若在260～300nm波长范围内有强吸收峰，则说明该有机物可能含有3个或3个以上相互共轭的双键。

（5）若该有机物的吸收峰延伸至可见光区，则该有机物可能是长链共轭或稠环化合物。

（6）与标准物质的吸收光谱进行比较。目前《The sadtler standard spectra（Ultraviolet）》标准谱图库已收集了46 000多种化合物紫外光谱的标准谱图，在相同的实验条件（仪器条件、溶剂）下，将未知物的紫外光谱与标准物质的紫外光谱进行比较，若两者谱图相同，可认为含有相同的生色基团，但要注意不一定是相同的物质，紫外光谱只是确定结构的辅助工具。

2）物质纯度的检查

用紫外光谱法测定物质纯度有其独特的优点。含共轭体系的化合物有很高的紫外检测灵敏度，而饱和或某些含孤立双键的化合物则没有紫外吸收，利用这种选择性，在下列两种情况下紫外光谱可方便地检查物质纯度。一是样品化合物在近紫外区一定波长范围内没有吸收，而杂质在该波长范围有特征吸收；二是样品化合物在近紫外或可见光区有吸收，而杂质没有吸收。这样就可通过比较等浓度的纯度待定样品和其纯物质样品的吸收强度确定纯度待定样品的纯度。

二、红外光谱

红外光谱是由化合物分子吸收红外光时，振动能级和转动能级发生跃迁而产生的吸收光谱，属于分子光谱。研究有机化合物分子结构的红外光谱处于中红外和近红外区，波数位于400～4 000cm－1（波长为2．5～25μm）之间。

1．红外光谱

红外光谱的产生机理可参阅相关教材。一张红外光谱图，通常呈现多个吸收峰，各个峰的强弱不同，形状各异（宽峰、尖峰、肩峰、双峰等）。根据吸收峰的波长或波数的位置及峰的形状，可以获得有关有机化合物分子官能团或分子结构的信息。

2．样品测量

1）红外分光光度计（红外光谱仪）

红外光谱是由红外分光光度计测定的。目前使用的红外分光光度计主要有两种类型，一种是色散型，另一种是干涉型（傅里叶变换）。

（1）色散型红外分光光度计的结构和紫外－可见分光光度计大体一样，也由光源、吸收池、单色器、检测器以及记录显示装置组成。红外分光光度计的样品池放在光源和单色器之间，而紫外－可见分光光度计的样品池则放在单色器的后面。

①光源。红外光谱仪中所用的光源通常是一种惰性固体，用电加热使之发射高强度的连续红外辐射。常用的是能斯特灯或硅碳棒。能斯特灯是用氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结而成的中空棒和实心棒，工作温度约为1 700℃，在此高温下导电并发射红外线，但在室温下是非导体，因此，在工作之前要预热。能斯特灯的特点是发射强度高，使用寿命长，稳定性较好。缺点是价格比硅碳棒贵，机械强度差，操作不如硅碳棒方便。硅碳棒是由碳化硅烧结而成，工作温度为1 200～1 500℃，在低波数区发光强度大，坚固。

②样品池。因玻璃、石英等材料不能透过红外光，红外光谱仪样品池要用可透过红外光的 NaCl、KBr、CsI、KRS－5（Tl 58%，TlBr42%）等材料制成窗片。最常用的是用NaCl单晶材料制成的窗片，因其容易吸水溶解，所以应注意防潮。

③单色器。由色散元件、准直镜和狭缝构成。色散元件常用复制的闪耀光栅。由于闪耀光栅存在次级光谱的干扰，所以通常是将光栅和用来分离次级光谱的滤光器或前置棱镜结合起来使用。

④检测器。常用的红外检测器有高真空热电偶、热释电检测器和碲镉汞检测器。前两者运用热电效应的原理，后者运用光电效应的原理。

⑤结果显示记录系统。目前一般都是用计算机进行仪器自动控制和结果处理。

（2）傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）没有色散元件，主要由光源（硅碳棒、高压汞灯）、迈克尔逊干涉仪、检测器、计算机和记录仪组成。核心部分为迈克尔逊干涉仪，它将光源发出的信号以干涉图的形式送往计算机进行傅里叶变换的数学处理，最后将干涉图还原成光谱图。它与色散型红外光度计的主要区别在于干涉仪和计算机两部分。

傅里叶变换红外光谱仪具有以下优点，正在被越来越广泛地使用。

① 扫描速度快（每秒几十次），信号累加，信噪比高。

② 光通量大，所有频率同时测量，检测灵敏度高，样品用量少。

③ 扫描速度快，可跟踪反应历程，研究反应动力学，并可与GC、LC联用。

④ 测量频率范围宽，可达到6～4 500cm－1，杂散光少，波数精度高，分辨率可达0．05cm－1。

⑤ 对温度、湿度要求不高。

⑥ 光学部件简单，只有一个动镜在实验中运动，不易磨损。

2）红外光谱的样品测试

红外光谱的试样可以是液体、固体或气体，一般应符合下列要求。

（1）试样应该是单一组分的纯物质，纯度应大于98%或符合商业规格，这样才便于与纯物质的标准光谱进行对照。多组分试样应在测定前尽量预先用分馏、萃取、重结晶或用色谱法进行分离提纯，否则各组分光谱相互重叠，难于判断。

（2）试样中不应含有游离水，因为水本身有红外吸收，会严重干扰样品的谱图，同时还会侵蚀样品池的盐窗。

（3）试样的浓度和测试厚度应选择适当，以使光谱图中的大多数吸收峰的透射比处于10%～80%范围内。

气态样品可在玻璃气槽内进行测定。玻璃气槽为一密封的容器，两端粘有红外透光的NaCl或KBr窗片。引入样品前，将气槽抽真空，再将试样注入。

液体样品可在液体样品池内测定。样品池的两侧是用NaCl或KBr等做成的窗片。沸点较高、不易清洗的液体样品可采用液膜法测定，该法是定性分析中常用的简便方法。具体操作是在可拆样品池的两片盐窗片之间，滴上1～2滴液体样品，形成一薄膜。液膜厚度可借助于样品池架上的固紧螺丝进行微小调节。但是，低沸点、易挥发的样品不宜采用此法。

固体样品通常可采用下列方法制样。

（1）压片法。将1～2mg试样与200mg纯KBr研磨均匀，置于模具中，用（5～10）×107 Pa压力在压片机上压成透明薄片，即可用于测定。试样和KBr都应经干燥处理，研磨到粒度小于2μm，以免散射光影响。

（2）石蜡糊法。将干燥处理后的试样研细，与液体石蜡或全氟代烃混合，调成糊状，夹在盐窗片中测定。

（3）薄膜法。该法主要用于高分子化合物的测定。可将它们直接加热熔融后涂制或压制成膜；也可将试样溶解在低沸点的易挥发溶剂中，涂在盐窗片上，待溶剂挥发后成膜测定。

3．红外光谱的应用

红外光谱在结构测定方面的应用可分为两种情况，一种是已知化合物的鉴定，另一种是未知化合物的鉴定。

已知化合物的鉴定比较容易，就是将所测得的样品的红外光谱与标准谱图库或文献报道的该化合物的谱图进行对比。若两张谱图完全相符，就可以确定该化合物与标准谱图或报道的化合物是同一种物质。若两张谱图不一样，或峰位不一致，则说明两者可能不是同一化合物，或样品有杂质。使用文献上的谱图应当注意试样的物态、结晶状态、溶剂、测定条件以及所用仪器类型均应与标准谱图或报道的谱图相同。

目前可检索的标准谱图库有萨德勒（Sadtler）标准红外光谱图、Aldrich试剂公司的Aldrich红外光谱图库、Sigma试剂公司的Sigma Fourier红外光谱图库、分子光谱文献 “DMS”（documentation of molecular spectroscopy）穿孔卡片、美国石油研究所（API）编制的“API”红外光谱资料等。

未知化合物的情况比较复杂，需要通过解析所测得的红外光谱图来判断所测试样品分子中有哪些基团（官能团）存在，判断基团是否存在主要是利用这些基团在红外光谱图中的特征吸收位置。有时也可从红外光谱图获得这些基团在分子中的相对位置的信息。实际上，单用红外光谱图很难确定一个未知化合物的结构，往往需要结合其他测试手段才能实现。

三、核磁共振谱

核磁共振谱是利用磁矩不为零的原子核，在外磁场作用下自旋能级发生分裂，共振吸收某一定频率的电磁波射频辐射（处于无线电波的振动频率区间）所得到的谱图。核磁共振技术是有机化合物结构鉴定的重要手段，测定结果能为确定官能团和烃基在分子中的排列情况提供十分有用的信息。常用的核磁共振谱有氢谱和碳谱，氢谱常用英文缩写1 HNMR或PNMR（质子核磁共振英文缩写）表示，碳谱常用13CNMR表示。由于1 HNMR谱是最常用的，这里只讨论1 HNMR谱。

1．核磁共振谱

核磁共振谱的产生机理可参阅相关教材。在核磁共振测量中，以吸收能量的强度为纵坐标、化学位移δ为横坐标绘出一个系列吸收峰，由此得到的波谱图就是核磁共振谱，如图2－7所示。

2．样品测量

1）核磁共振仪

核磁共振仪按扫描方式不同，可分为两大类：一类是连续波核磁共振仪，其射频的频率或外磁场的强度是连续变化的，即进行连续扫描一直到被观测的核依次被激发发生核磁共振；另一类是脉冲傅里叶变换核磁共振仪，这类仪器采用恒定的磁场，用一定频率宽度的射频强脉冲辐照试样，激发全部欲观测的核，得到全部共振信号。当脉冲发射时，试样中每种核都对脉冲单个频率产生吸收。

图2－7　乙醚的高分辨核磁共振谱

核磁共振仪原理示意图如图2－8所示。核磁共振仪主要由磁铁、射频发生器、射频接收器、记录仪等组成。

图2－8　核磁共振仪原理示意图

（1）磁铁。磁铁或磁体产生强的静磁场，以满足产生核磁共振的要求。100 MHz以下的低频谱仪采用电磁铁或永久磁铁。200MHz以上的高频谱仪采用超导磁体，它利用含铌合金在液氦温度下的超导性质，由含铌合金丝缠绕的超导线圈完全浸泡在液氦中间。为减少液氦的消耗，其外围是液氮层。液氦及液氮均由高真空的罐体储存，以降低蒸发量。液氦需及时补充，视不同谱仪而定，为3～10个月。每7～10天则需补加液氮。因此，超导核磁共振仪的价格及日常维持费用都很高。

扫场时磁场强度的变化通过扫场线圈中的电流的调节来实现。

（2）射频振荡器（射频发生器）。用于产生射频电磁波照射样品。

（3）射频接收器。射频接收器线圈在样品管的周围，并与振荡器线圈和扫描线圈相垂直。当射频振荡器发生的频率v0与磁场强度H0达到前述特定组合v0＝γH0／（2π）时，放置在磁场和射频线圈中间的试样就要发生共振而吸收能量，这个能量的吸收情况通过射频接收器检出，经过放大后记录下来。所以核磁共振波谱仪测量的是共振吸收。

（4）记录仪。目前核磁共振仪的记录装置都是用计算机进行仪器自动控制和结果处理。计算机接收射频接收器发出的经过放大后的检测信号，经过数据处理得到核磁共振谱，还能自动画出积分线，给出各组共振吸收峰的相对面积。

2）核磁共振的样品测试

核磁共振实验时样品管放在磁极中心，磁铁应该对样品提供强而均匀的磁场。但实际上磁铁的磁场不可能很均匀，因此需要使样品管以一定速度旋转，以克服磁场不均匀所引起的信号峰加宽。

做质子核磁共振谱（1 H谱）时，常用外径为6mm的薄壁玻璃管。测定时样品常常被配成溶液，这是由于液态样品可以得到分辨率较好的谱图。要求选择采用不产生干扰信号、溶解性能好、稳定的氘代溶剂。溶液的浓度应为2%～10%。样品的溶液应有较低的黏度，否则会降低谱峰的分辨率。如纯液体黏度大，应用适当溶剂稀释或升温测谱。常用的溶剂有 CCl4、CDCl3、（CD3）2SO、（CD3）2CO、C6D6、D2O等。

为测定化学位移值，需加入一定的基准物质。基准物质加在样品溶液中称为内标。若从溶解度或化学反应性等考虑，基准物质不能加在样品溶液中，可将液态基准物质（或固态基准物质的溶液）封入毛细管再插到样品管中，称为外标。

基准物质最常用的是四甲基硅烷（TMS）。TMS的浓度一般为0．2%左右。

3．核磁共振谱的应用

根据有机化合物的核磁共振谱图，可以得到化合物结构的信息。

（1）由信号峰的组数可以推知有机化合物分子中有几类氢。

（2）由信号峰的强度（峰面积或积分曲线高度），可以知道化合物中各类氢的数目的相对比，再根据分子中的氢的总个数判断各类氢原子的数目。

（3）从各信号峰的裂分数目可以推知其相邻氢的数目。

（4）由各峰的化学位移可以推知各类型氢的归属。

（5）由裂分峰的外形或偶合常数（相邻两个小裂分峰之间的距离称为偶合常数，用J表示，其单位为Hz），可以判断哪种类型氢所连的碳原子是相邻的，因为相互偶合的氢原子吸收裂分峰的偶合常数相等。

核磁共振谱在结构测定方面的应用，分为两种情况，一种是已知化合物的鉴定，另一种是未知化合物的鉴定。

已知化合物的鉴定比较容易，就是将所测得的样品的核磁共振谱与标准谱图库或文献报道的该化合物的谱图进行对比。若两张谱图完全相符，就可以确定该化合物与标准谱图或报道的化合物是同一种物质；若两张谱图不一样，或峰位不一致，则说明两者可能不是同一化合物，或样品有杂质。使用文献上的谱图应当注意测试时所用的溶剂、测定条件以及所用仪器类型均应与标准谱图或报道的谱图相同。

目前可检索的标准谱图库有萨德勒（Sadtler）标准核磁共振谱图等。

未知化合物的情况比较复杂，需要通过解析所测得的核磁共振谱图来判断所测样品分子中有哪类官能团的氢原子存在，也可根据吸收峰的裂分情况和偶合常数等获得这些基团在分子中的相对位置的信息。实践中，单用核磁共振谱图确定一个未知化合物的结构比较难，往往需要结合其他测试手段才能实现。

四、质谱

质谱分析法是通过对被测样品离子的质荷比的测定来进行分析的一种分析方法。被分析的样品通过仪器进行离子化后，利用不同离子在电场或磁场的运动行为的不同，把离子按质荷比（m／Z）分开而得到质谱。通过对样品的质谱进行分析，可以得到样品分子结构的有关信息。

质谱分析具有快速、简捷、精确、样品用量少（μg）等优点。通过色谱和质谱联用，还可以测定混合物的组成及各组分的相对分子质量，并获得与推导结构有关的信息。

1．基本原理

质谱是样品的不同质量的分子碎片的质量分布图，其原理可以借助于图2－9予以说明。

图2－9　质谱仪的工作原理图

气化的样品进入高真空的离子化室，用具有一定能量的电子束（电子轰击源，EI源）轰击气态分子，分子失去电子成为带正电荷的分子离子M＋，获得电子束能量的激发态分子离子会继续发生化学键的断裂，生成正离子、负离子或不带电的碎片。产生的正离子经电势差为几百到几千伏的电场加速，进入分析系统。分析系统的可变磁场对正离子产生洛伦茨力作用，使每一种离子按照一定的轨道继续前进，其行进轨道的曲率半径取决于各种离子的质荷比m／Z。这样，分子离子、碎片可按m／Z的大小得到分离。所有相同质荷比的离子结合在一起，形成离子流，各种离子流沿不同的曲率半径轨道通过狭缝进入离子收集、检定系统。各种离子流出现不同信号，其强度与离子流成正比，记录所产生的信号，即得到样品的质谱。通常正离子的电荷为1，故所记录的信号即是不同质量的正离子。M＋的质量就是化合物的相对分子质量；将碎片的种类、质量和强度与化合物键合规律结合起来，就可以推断分子的结构。

分子被电子束轰击时的裂解规律可参阅相关教材。

2．样品测量

1）质谱仪

目前用于质谱测量的质谱仪有几种类型，如磁质谱仪、四极质谱仪、离子阱质谱仪、飞行时间质谱仪和离子回旋共振傅里叶质谱仪等，各自具有不同的特点和适用范围，一般来说它们都由下面几个系统组成。

（1）真空系统。质谱仪的离子源、质谱分析器及检测器必须处于高真空状态（离子源的真空度应达10－5～10－3 Pa，质量分析器应达10－6 Pa），通常用机械泵预抽真空，然后用扩散泵高效率并连续地抽气。

（2）进样系统。进样系统一般可分为下列三种情况：① 直接进样（静态法），即对气体或挥发性液体的纯化合物，可用微量注射器直接进样到离子化室；② 探针进样，即对挥发性很小的固体样品，需将样品放在不锈钢杆或探针顶端的小杯内，将探针通过样品加入口放进离子化室中，然后加热离子化室直至固体挥发；③ 色谱进样，即对一些组分较复杂的混合物，需将样品分离成一个个单一组分，再进入质谱仪。最典型的就是气相或液相色谱仪通过接口与质谱仪连接。

（3）离子化系统（即离子化室）。通常采用电子轰击电离（EI电离），使用具有一定能量的电子直接作用于样品分子，使其电离。轰击用电子由钨或铼制作的灯丝在高真空中发射，通过灯丝与电离盒之间所加的电压加速。对有机化合物通常选用70eV的电压。

除了电子轰击的电离方法之外，还有场致电离、化学电离、激光电离等方法。

（4）质量分析系统。质量分析器的作用是将离子源中形成的离子按质荷比的大小不同分开，质量分析器可分为静态分析器和动态分析器两类。

静态分析系统采用稳定不变的电磁场（电磁场随时间改变，只是为了记录质谱而不是分离原理所要求的），并且按照空间位置把不同质荷比的离子分开。属于这一类的仪器有单聚焦磁场分析系统（图2－9的系统）和双聚焦磁场分析系统。

动态分析系统采用变化的电磁场，按照时间或空间来区分质荷比不同的离子。属于这一类的仪器有飞行时间质谱仪、四极质谱仪等。

（5）离子检测系统。通常用电子倍增器检测离子流。电子倍增器中电子通过的时间很短，利用电子倍增器可以实现高灵敏、快速测定。

（6）记录系统。目前质谱仪大多使用计算机作为记录系统，接收离子检测系统提供的信号，进行数据处理，给出质谱图。

2）质谱的样品测试

质谱的样品测试比较简单，按照上述的三种进样方法进样即可。

3．质谱的应用

1）由分子离子峰测定相对分子质量

这是质谱的重要用途之一，它比经典的相对分子质量测定方法快而准确，且所需试样量少（一般0．1mg）。

2）用质谱图鉴定有机化合物

这种情况适用于已知有机化合物，就是将所测得的样品的质谱图与标准谱图库或文献报道的该化合物的谱图进行对比。若两张谱图完全相符，就可以确定该化合物与标准谱图或报道的化合物是同一种物质；若两张谱图不一样，或峰位不一致，则说明两者可能不是同一化合物，或样品有杂质。使用文献上的谱图应当注意测试时裂解条件以及所用仪器类型均应与标准谱图或报道的谱图相同。

目前可检索的标准谱图库有萨德勒（Sadtler）标准MS谱图库、Wiley出版公司的MS数据库、美国国家标准研究所的NIST／EPA／NIH质谱数据库等。

3）用质谱图推测有机化合物的分子结构

这是一项比较复杂的工作，具体步骤可参阅相关教材。