固態物質不經液態直接轉變成氣態的現象,可作為一種應用固 -氣平衡進行分離的方法。有些物質(如碘)在固態時就有較高的蒸氣壓,因此受熱後不經熔化就可直接變為蒸氣,冷凝時又複成為固體(見彩圖)。

碘的昇華 固體物質的蒸氣壓與外壓相等時的溫度,稱為該物質的昇華點。在昇華點時,不但在晶體表面,而且在在其內部也發生瞭升華,作用很劇烈,易將雜質帶入升華產物中。為瞭使升華隻發生在固體表面,通常總是在低於升華點的溫度下進行,此時固體的蒸氣壓低於外壓。

  鹵化銨也會“升華”,但其機理與一般的升華不同。加熱時,由於鹵化銨分解成氣態的氨和鹵化氫而氣化,冷卻時又重新結合成鹵化銨而沉積下來,表觀現象與升華一樣,所以常把它歸於升華,但其實質是不同的。

  簡史 人類對升華現象認識得很早,東晉(公元4世紀)時葛洪在《抱樸子內篇》中即記載有:“取雌黃、雄黃燒下,其中銅鑄以為器復之……百日此器皆生赤乳,長數分。”這一段話描述瞭三硫化二砷和四硫化四砷的升華現象。明朝李時珍著的《本草綱目》(1596)載有將水銀、白礬、食鹽的混合物加熱升華制輕粉(氯化亞汞)法。

  方法 除瞭常壓升華以外,還有:

  真空升華 由於升華與固體蒸氣壓和外壓的相對大小有關,降低外壓可以降低升華溫度,在常壓下不能升華或升華很慢的物質可以采用真空升華。真空升華還可防止被升華的物質因溫度過高而分解或在升華時被氧化。金屬鎂和釤、三氯化鈦、苯甲酸、糖精等都可用此法提純。

  低溫升華 1976年J.W.米切爾提出低溫升華技術,即將溫度和壓力維持在升華物質的三相點以下,使它在很低的壓力(幾毫米汞柱)下升華,經冷凝後捕集在冷阱中而與雜質分離。此法操作簡單,產品純度很高,例如很難用一般方法提純成高純試劑的過氧化氫,用此法提純,一次即可將鈷、鉻、銅、鐵、錳、鎳等雜質從1000納克/毫升降至0.4~2納克/毫升。

  應用 升華除瞭用於物質的純化外,還用於微量或痕量元素的分離和富集。為使痕量元素與基體分離,可將痕量元素升華,也可使基體升華。為瞭使分離完全,往往要通入某種氣流(載氣),這就成為揮發。載氣可以是惰性的,也可以是化學活性的,它可與痕量元素作用,使之生成易揮發的物質,也可與基體作用而使基體升華。例如,1150℃時用氧氣為載氣,可將1納克的硒從銅中揮發出來(分離裝置見圖)。

  展望 微量元素升華和揮發的方法是20世紀50年代末提出來的,由於它的分離效率很高,受到瞭重視。帶有痕量元素的載氣可以不經過冷凝直接進入原子吸收光譜法、原子發射光譜法、原子熒光光譜分析法和放射性測量等方法的檢測系統。如果將被分離元素冷凝收集,還可與質譜法、X射線熒光光譜分析法、電化學分析法聯用。

  由於對許多元素和化合物在高溫下的行為研究得不夠充分,並存在著一些技術上的困難,特別在生產成套裝置方面,本法尚未廣泛采用。但隨著被檢元素的含量愈來愈低,將需要高效率的分離和富集方法,因此本法具有廣闊的發展前途。

  

參考書目

 K.Bachmann,Talanta,No.1,p.29,1982.