2021-11-02 00:37:07, 基泰生物 上海基泰生物科技有限公司
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化学中杂质完全除去可能吗?
纯净物质的概念只能存在于化学意义之上,在宏观世界是找不到完全纯净的物质。完全纯净的物质的熵必然是极低的,在没有人为干预的情况下,它也能自发地朝着高熵状态发展,变得不纯净。
所以完全除尽杂质的物质是不存在的,热力学第二定律(熵增原理)告诉我们:对于一个孤立的系统,系统总是朝着最大混乱度的方向(高熵的状态)发展。
化学家很早就总结了一套提纯的法宝,过滤、萃取、蒸发浓缩、蒸馏、电解、结晶、反渗透、离子交换、色谱法.但这些提纯的方法往往都有局限性,比如对于液体里面的杂质,可以采用精馏的方法剔除,但是这种方法往往也有限度,比如仅仅使用精馏的方法去提纯酒精(乙醇和水的混合物),当乙醇浓度到了95.63%的时候,乙醇和水形成共沸物,就不能进一步提纯了,如果要达到99%的纯度必须采用其他的办法。
同时,精馏的办法也只针对液-液分离(分离液体中的液体杂质)才有效果,如果你想用精馏的办法去分离沙土里面的钻石,那就是在痴人说梦。吃螃蟹不同位置要用不同的工具,有时候还有各种工具搭配起来。同样,分离不同的状态的混合物要用不同的提纯办法,而且有时候还要采用多种提纯方法,才能达到你想要的纯度。
这样看来,除杂真的就是技术难度很大的一件事情,不过也正常,要想吃到螃蟹,这些必要的努力是需要付出的。
化学家们鼓捣瓶瓶罐罐里的物质还算比较容易,然而化工工程师面对眼前的钢铁巨兽里的产品,着实让人头痛。可以说,化工工程师的难题核心不是说怎么把产品给造出来(这一步化学家早就在实验室里面打通了),而是怎么把这些产品从反应物、副产物、溶剂里面分离和提纯出来。
除杂这一化学操作,在化工里面则把它上升到“分离工程”的地位。
通常分离装置在化工厂基建投资中占50%~90%的比例,能耗占到整个流程的30%~50%,可以说化工厂很大部分投资以及日常消耗都在分离这块,对于新型分离的开发和应用在全球范围内也越来越受到重视。
化工厂往往都有一个纯度目标,提纯到一定纯度就不会继续提纯了,因为再追求纯度,就要付出更大的消耗。从95%提纯到99%,比从50%提纯到90%要困难的多,因为当杂质含量越低的时候,所采用的分离方法往往就会越精细,消耗就会越大,所以越到后面越困难。
不要过度地去追求纯度!
在化学实验科学里面,对杂质的含量有着很严格的分类,试剂规格基本上按纯度(杂质含量的多少)划分,共有高纯、光谱纯、基准、分光纯、优级纯、分析纯和化学纯等7种,最为大家所知的就是“四大纯”。即优级纯、分析纯、化学纯和实验试剂。
(1)优级纯(GR:Guaranteed reagent),又称一级品或保证试剂,99.8%,这种试剂纯度最高,杂质含量最低,适合于重要精密的分析工作和科学研究工作,使用绿色瓶签。
(2)分析纯(AR),又称二级试剂,纯度很高,99.7%,略次于优级纯,适合于重要分析及一般研究工作,使用红色瓶签。
(3)化学纯(CP),又称三级试剂,≥ 99.5%,纯度与分析纯相差较大,适用于工矿、学校一般分析工作。使用蓝色(深蓝色)标签。
(4)实验试剂(LR:Laboratory reagent),又称四级试剂。
为了满足一些比较特殊的要求,厂商还会做更纯的试剂。比如做色谱采用的试剂就要用到光谱纯。纯度远高于优级纯的试剂叫做高纯试剂(≥ 99.99%)。还有特纯试剂(杂质含量低于1/1000000~1/1000000000级),此外还有一些比较小众的极纯分类。
例如:等离子体质谱纯级试剂(ICP-Mass Pure Grade):绝大多数杂质元素含量低于0.1ppb,适合等离子体质谱仪(ICP Mass)日常分析工作。原子吸收光谱纯级试剂(AA Pure Grade):绝大多数杂质元素含量低于10 ppb ,适合原子吸收光谱仪(AA)日常分析工作。
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