У дома > Изневеряващ съпруг > Методи за разделяне и концентриране при анализ на елементи. Методи на аналитичната химия. Сорбционни методи на разделяне и концентриране


Методи за разделяне и концентриране при анализ на елементи. Методи на аналитичната химия. Сорбционни методи на разделяне и концентриране




Методите за електрохимично разделяне се основават на изолирането на аналита върху инертен електрод в елементарно състояние или под формата на неразтворима утайка, която се утаява при преминаване на постоянен електрически ток през анализирания разтвор.

Теорията и практиката на методите за електрохимично разделяне са описани подробно в гл. VI.

Понастоящем електрохимичните методи се използват за разделяне на съединения на повечето химични елементи и се оказаха много удобни поради факта, че не изискват въвеждане на чужди вещества в анализирания разтвор. Използвайки различни методи за електрохимично отлагане с помощта на платинени или други електроди и живачен катод, както и вътрешна електролиза (вижте Глава VI, § 5), е възможно да се отделят катиони на алуминий, титан, цирконий, ванадий, уран от катиони на хром , желязо, кобалт, никел, цинк, мед, сребро, кадмий, германий, молибден, калай, бисмут и други елементи. Също така е възможно да се отделят примесите от основните компоненти при анализ на цветни метали, техните сплави и руди.

Разделянето на сложна смес, състояща се от различни електролитно отложени йони, се постига или чрез избор на подходящ електролит, или чрез извършване на електролиза с автоматичен контрол на електродния потенциал, при който се извършва електролитно отлагане.

Отлагане върху живачен катод. Специален вид! електролитното разделяне е отлагане върху живачен катод. В този случай металите под въздействието на електрически ток се освобождават върху живака, за да образуват амалгами. В резултат на това изолирането и отделянето на много метали става бързо и количествено. Някои метали (например, ), които не се отделят върху твърд катод, се освобождават количествено по време на електролиза върху живачен катод. Въпреки това редица метали (например) не се отлагат върху живачния катод.

Електролизата с живачен катод се извършва в специални устройства (фиг. 95). За да направите това, около 200 g метален живак се добавят към съда, в който се извършва електролизата, излива се разтворът, който ще се анализира, и електролизата се извършва при плътност на тока около . Анодът е укрепен на повърхността на разтвора. По време на процеса на електролиза живакът се разбърква. В края на електролизата проба от разтвора трябва да даде отрицателна реакция на отделените елементи.

Без да се прекъсва токът, разтворът се източва от живака и живакът се измива с вода. Водата за измиване се добавя към основния разтвор. Полученият разтвор, свободен от елементи, изолирани на живачния катод, се анализира. Ако е необходимо да се извлекат метали, отложени в него от живак, амалгамата се разтваря в киселини или живакът се дестилира.

С помощта на живачен катод можете да отделите:

а) алуминий от желязо, цинк, мед;

б) титан от индий, рений, молибден, германий;

в) ванадий от молибден;

г) съединения на фосфор и арсен от всички елементи, отделени на живачен катод (желязо, цинк, кобалт, никел, хром, сребро, мед, кадмий, живак, калай, платина, злато и др.).

Например, метод за количествено определяне на алуминий в присъствието на железни йони и други елементи, базиран на отделяне на желязо чрез електролиза върху живачен катод, е както следва. Първо, желязото се изолира от сулфатен разтвор на живачен катод; заедно с желязото се отделят и други елементи: цинк, хром, никел, кобалт и др.. В разтвора остават йоните на алуминия, берилия, титана, фосфора и др.. След това по обичайния начин се определят алуминиевите йони, които се утаяват от филтрата с хидроксихинолин или купферон амоняк или леко разтвор на оцетна киселина. Титанът се утаява в кисел разтвор с купферон.

Електрохимичните методи могат да се използват не само за разделяне и изолиране на елементи, но и за концентриране на аналити.

Този вид концентрация (натрупване) на определяния елемент върху неподвижна капка живак се осъществява при метода на амалгамната полярография. Същността на метода е, че чрез електролиза за известно време при потенциала на граничния ток на определяния метал той се концентрира под формата на амалгама от разреден разтвор върху неподвижна капка живак, която действа като живак. микроелектрод. След това, при линейно променящо се напрежение, се записва кривата на анодното разтваряне на амалгамата. В този случай на полярограмата се получават анодни пикове, чиято позиция чрез потенциал характеризира природата на веществото, а височината на пика - концентрацията на примеса.

Методът е предложен от Barker и изследван от Shein, Kemulya, A. G. Stromberg, E. N. Vinogradova, L. N. Vasilyeva, S. I. Sinyakova и др.. Голяма теоретична и практическа стойност за амалгамната полярография с предварителна концентрация (натрупване) върху неподвижна капка живак е представена от работата на М. Т. Козловски в областта на изследването на метални амалгами.

Ориз. 95. Живачен катод.

Комбинацията от електрохимична концентрация на елементите, определени върху неподвижна капка живак с последваща анодна поляризация на получената амалгама, позволява да се увеличи чувствителността на метода с няколко порядъка в сравнение с конвенционалния полярографски метод. Това е от голямо практическо значение за анализа на високочисти метали, химични реактиви и полупроводникови материали.

Има няколко варианта за концентриране на микропримеси по електрохимичен (полярографски) метод. Техният общ принцип е натрупването на определени елементи чрез предварителна електролиза върху неподвижен електрод.

За целите на електрохимичната предварителна концентрация са разработени техники за амалгама полярография за определяне на примеси в соли на цинк, алуминий, индий, калай, арсен, галий, уран, химически чисти реактиви, биологични обекти, хранителни продукти и др.

Има много класификации на методите за разделяне и концентриране въз основа на различни характеристики. Нека да разгледаме най-важните от тях.

1. Класификация според характера на процеса е дадена на фиг.

Ориз. 1

Химичните методи за разделяне и концентриране се основават на протичането на химическа реакция, която е придружена от утаяване на продукта и отделяне на газ. Например при органичния анализ основният метод на концентрация е дестилацията: по време на термичното разлагане матрицата се дестилира под формата на CO2, H2O, N2 и металите могат да бъдат определени в останалата пепел.

Физикохимичните методи за разделяне и концентриране най-често се основават на селективното разпределение на веществото между две фази. Например в нефтохимическата промишленост хроматографията е от голямо значение.

Физическите методи за разделяне и концентриране най-често се основават на промяна на агрегатното състояние на веществото.

2. Класификация според физическата природа на двете фази. Разпределението на дадено вещество може да се извърши между фази, които са в еднакви или различни агрегатни състояния: газообразно (G), течно (L), твърдо (S). В съответствие с това се разграничават следните методи (фиг.).


Ориз. 2

В аналитичната химия методите за разделяне и концентриране, които се основават на разпределението на веществото между течната и твърдата фаза, са намерили най-голямо значение.

  • 3. Класификация според броя на елементарните актове (етапи).
  • § Едноетапни методи – основават се на еднократно разпределение на веществото между две фази. Разделянето се извършва при статични условия.
  • § Многоетапни методи – основават се на многократно разпределение на веществото между две фази. Има две групи многоетапни методи:
  • – повтаряне на единичния процес на разпределение (например многократно извличане). Разделянето става при статични условия;
  • – методи, базирани на движението на една фаза спрямо друга (например хроматография). Разделянето става при динамични условия
  • 3. Класификация според вида на равновесието (фиг.).

Ориз. 3

Методите за термодинамично разделяне се основават на разликите в поведението на веществата в равновесно състояние. Те са от най-голямо значение в аналитичната химия.

Методите за кинетично разделяне се основават на разликите в поведението на веществата по време на процеса, водещ до равновесно състояние. Например при биохимичните изследвания най-голямо значение има електрофорезата. Други кинетични методи се използват за разделяне на частици от колоидни разтвори и разтвори на съединения с високо молекулно тегло. В аналитичната химия тези методи се използват по-рядко.

Хроматографските методи се основават както на термодинамично, така и на кинетично равновесие. Те са от голямо значение в аналитичната химия, тъй като позволяват разделянето и едновременното извършване на качествен и количествен анализ на многокомпонентни смеси.

Изпратете добрата си работа в базата знания е лесно. Използвайте формата по-долу

Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.

1. Методи за разделяне и концентриране

Обща информация за разделяне и концентрация

Разделянето е операция, която позволява компонентите на пробата да бъдат отделени един от друг.

Използва се, ако някои компоненти на пробата пречат на определянето или откриването на други, т.е. когато аналитичният метод не е достатъчно селективен и трябва да се избягва припокриването на аналитичните сигнали. В този случай концентрациите на отделените вещества обикновено са близки.

Концентрацията е операция, която ви позволява да увеличите концентрацията на микрокомпонент спрямо основните компоненти на пробата (матрица).

Използва се, ако концентрацията на даден микрокомпонент е по-малка от границата на откриване Cmin, т.е. когато методът за анализ не е достатъчно чувствителен. Концентрациите на компонентите обаче варират значително. Концентрацията често се комбинира с отделяне.

Видове концентрация.

1. Абсолютно: микрокомпонентът се прехвърля от голям обем или голяма маса на пробата (Vpr или mpr) към по-малък обем или по-малка маса на концентрата (Vconc или mconc). В резултат на това концентрацията на микрокомпонента се увеличава n пъти:

където n е степента на концентрация.

Колкото по-малък е обемът на концентрата, толкова по-висока е степента на концентрация. Например, 50 mg катионна смола абсорбира германий от 20 L чешмяна вода, след което германият се десорбира от 5 ml киселина. Следователно степента на концентрация на германий е:

2. Относително (обогатяване): микрокомпонентът се отделя от макрокомпонента, така че съотношението на техните концентрации се увеличава. Например в първоначалната проба съотношението на концентрациите на микро- и макрокомпонентите е 1: 1000, а след обогатяването е 1: 10. Това обикновено се постига чрез частично отстраняване на матрицата.

Разделянето и концентрацията имат много общи неща; за тези цели се използват едни и същи методи. Много са разнообразни. След това ще бъдат разгледани методите за разделяне и концентриране, които са от най-голямо значение в аналитичната химия.

Класификация на методите за разделяне и концентриране

Има много класификации на методите за разделяне и концентриране въз основа на различни характеристики. Нека да разгледаме най-важните от тях.

1. Класификация според характера на процеса е дадена на фиг.

Ориз. 1 Класификация на методите за разделяне според характера на процеса

Химичните методи за разделяне и концентриране се основават на протичането на химическа реакция, която е придружена от утаяване на продукта и отделяне на газ. Например при органичния анализ основният метод на концентрация е дестилацията: по време на термичното разлагане матрицата се дестилира под формата на CO2, H2O, N2 и металите могат да бъдат определени в останалата пепел.

Физикохимичните методи за разделяне и концентриране най-често се основават на селективното разпределение на веществото между две фази. Например в нефтохимическата промишленост хроматографията е от голямо значение.

Физическите методи за разделяне и концентриране най-често се основават на промяна на агрегатното състояние на веществото.

2. Класификация според физическата природа на двете фази. Разпределението на дадено вещество може да се извърши между фази, които са в еднакви или различни агрегатни състояния: газообразно (G), течно (L), твърдо (S). В съответствие с това се разграничават следните методи (фиг.).

Ориз. 2 Класификация на методите за разделяне според естеството на фазите

В аналитичната химия методите за разделяне и концентриране, които се основават на разпределението на веществото между течната и твърдата фаза, са намерили най-голямо значение.

3. Класификация според броя на елементарните актове (етапи).

§ Едноетапни методи – основават се на еднократно разпределение на веществото между две фази. Разделянето се извършва при статични условия.

§ Многоетапни методи – основават се на многократно разпределение на веществото между две фази. Има две групи многоетапни методи:

– повтаряне на единичния процес на разпределение (например многократно извличане). Разделянето става при статични условия;

– методи, базирани на движението на една фаза спрямо друга (например хроматография). Разделянето става при динамични условия

3. Класификация според вида на равновесието (фиг.).

Ориз. 3 Класификация на методите за разделяне по вид равновесие

Методите за термодинамично разделяне се основават на разликите в поведението на веществата в равновесно състояние. Те са от най-голямо значение в аналитичната химия.

Методите за кинетично разделяне се основават на разликите в поведението на веществата по време на процеса, водещ до равновесно състояние. Например при биохимичните изследвания най-голямо значение има електрофорезата. Други кинетични методи се използват за разделяне на частици от колоидни разтвори и разтвори на съединения с високо молекулно тегло. В аналитичната химия тези методи се използват по-рядко.

Хроматографските методи се основават както на термодинамично, така и на кинетично равновесие. Те са от голямо значение в аналитичната химия, тъй като позволяват разделянето и едновременното извършване на качествен и количествен анализ на многокомпонентни смеси.

Екстракцията като метод за разделяне и концентриране

Екстракцията е метод за разделяне и концентриране, основан на разпределението на веществото между две несмесващи се течни фази (най-често водна и органична).

За целите на екстракционното разделяне се създават условия, при които единият компонент напълно преминава в органичната фаза, а другият остава във водната фаза. След това фазите се разделят с помощта на делителна фуния.

За целите на абсолютната концентрация веществото се прехвърля от по-голям обем воден разтвор в по-малък обем на органичната фаза, в резултат на което концентрацията на веществото в органичния екстракт се увеличава.

С цел относителна концентрация се създават условия, при които микрокомпонентът преминава в органичната фаза, а по-голямата част от макрокомпонента остава във водната фаза. В резултат на това в органичния екстракт съотношението на концентрациите на микро- и макрокомпонентите се повишава в полза на микрокомпонента.

Предимства на екстракцията:

§ висока селективност;

§ лекота на изпълнение (необходима е само разделителна фуния);

§ ниска интензивност на труда;

§ скорост (3-5 мин.);

§ екстракцията се комбинира много добре с методите за последващо определяне, в резултат на което се появиха редица важни хибридни методи (екстракционно-фотометрични, екстракционно-спектрални и др.).

Съутаяването като метод за разделяне и концентриране

Съвместното утаяване е улавянето на микрокомпонент от колектор на утайки по време на образуването му и микрокомпонентът преминава в утайката от ненаситен разтвор (PS< ПР).

Като колектори се използват неорганични и органични слабо разтворими съединения с развита повърхност. Фазовото разделяне се извършва чрез филтруване.

Съвместното утаяване се използва за следните цели:

§ концентрация на примеси като много ефективен и един от най-важните методи, който ви позволява да увеличите концентрацията с 10-20 хиляди пъти;

§ отделяне на примеси (по-рядко).

Сорбцията като метод за разделяне и концентриране

Сорбцията е абсорбцията на газове или разтворени вещества от твърди или течни сорбенти.

Като сорбенти се използват активен въглен, Al2O3, силициев диоксид, зеолити, целулоза, природни и синтетични сорбенти с йоногенни и хелатни групи.

Абсорбцията на вещества може да стане на повърхността на фазата (адсорбция) или в обема на фазата (абсорбция). В аналитичната химия адсорбцията най-често се използва за целите на:

§ разделяне на веществата, ако се създават условия за селективна абсорбция;

§ концентрация (по-рядко).

В допълнение, сорбцията при динамични условия формира основата за най-важния метод за разделяне и анализ - хроматография.

Йонообмен

Йонообменът е обратим стехиометричен процес, който протича на границата между йонита и електролитния разтвор.

Йонообменниците са високомолекулни полиелектролити с различна структура и състав. концентрация химически сорбционен газ

Основното свойство на йонообменниците е, че те абсорбират катиони или аниони от разтвор, освобождавайки в разтвора еквивалентен брой йони със същия знак на заряда.

Процесът на йонен обмен се описва от закона за масовото действие:

където A и B са йони в разтвора и са йони във фазата на йонообменник.

Това равновесие се характеризира с обменната константа (K):

където a е активността на йоните.

Ако K > 1, тогава В йонът има по-голям афинитет към йонообменника; ако К< 1, то ион А обладает бульшим сродством к иониту; если же К? 1, то оба иона одинаково сорбируются ионитом.

Следните фактори влияят върху хода на йонния обмен:

1) естеството на йонообменника;

2) природата на йона: колкото по-голямо е отношението на заряда на йона към радиуса на хидратирания йон (z/r), толкова по-голям е афинитетът към йонообменника;

3) свойства на разтвора:

§ pH стойност (вижте следващите раздели);

§ йонна концентрация: от разредените разтвори йонообменникът сорбира йони с по-голям заряд, а от концентрираните разтвори - с по-малък;

§ йонна сила на разтвора: колкото по-малко е m, толкова по-добре се сорбират йоните.

Видове йонообменници

Има голям брой различни йонообменници. Те се класифицират според техния произход и знака на заряда на обменните йони.

В зависимост от произхода се разграничават две групи
йонообменници:

1. Естествени йонообменници:

§ неорганични (глини, зеолити, апатити);

§ органични (целулоза).

2. Синтетични йонообменници:

§ неорганични (пермутити);

§ органични (материали с високо молекулно тегло).

В аналитичната химия най-често се използват синтетични органични йонообменници.

В зависимост от знака на заряда на обменните йони, йонообменниците се наричат, както следва:

1. Катионообменници - обменни катиони, съдържат киселинни групи:

§ -SO3H (силни киселинни катионобменници, обменът протича в широк диапазон от стойности на pH);

§ -PO3H2 (среднокиселинни катионобменници, обменът става при pH > 4);

§ -COOH, -OH (слаби киселинни катионобменници, обменът става при pH > 5).

2. Анионобменници - обменни аниони, съдържат основни групи:

§ кватернерни алкиламониеви групи (силно основни анионобменници, обменът протича в широк диапазон от стойности на рН);

§ амино и имино групи (средно и ниско основни анионобменници, обменът става при рН< 8-9).

3. Амфолити - обменят както катиони, така и аниони в зависимост от условията. Имат и двата вида групи – киселинни и основни.

Структурата на синтетичните органични йонообменници. Йонообменни реакции

Синтетичните органични йонообменници имат триизмерна верижна структура. Те се състоят от матрица с високо молекулно тегло (HM), в която са фиксирани йоногенни групи.

Например, за силно основен анионобменник в хлоридната форма R-N(CH3)3Cl

Състав на йонообменника

стационарен HM йон

мобилен NM йон

фиксиран йон

противойон

йонна група

Матрицата обикновено е съполимер на стирен и дивинилбензен (DVB), който е омрежващ агент: всяка от неговите молекули, като мост, свързва 2 съседни линейни полистиренови вериги.

Подвижните йони с ниско молекулно тегло (НМ), които са част от йоногенни групи, участват в йонния обмен.

Например реакция на катионен обмен, включваща силно кисел катионен обменник във водородна форма, се записва, както следва:

и анионобменна реакция, включваща силно основен анионобменник в хлоридна форма

Основни физични и химични характеристики на йонообменниците

Йонитите като материали имат много физико-химични и физико-механични характеристики. От тях три основни физични и химични характеристики са от най-голямо значение за химика аналитик - влага, набъбване и обменна способност.

Влажността (W, %) характеризира способността на йонообменника да абсорбира влагата от въздуха. Може да се изчисли въз основа на експериментални данни:

където mo и m са масата на йонообменника преди и след изсушаване.

Обикновено влажността на йонообменниците е от порядъка на 10-15%.

Набъбването характеризира степента на увеличаване на обема на йонообменника при контакт с вода или друг разтворител. Степента на набъбване зависи от степента на омрежване на йонообменната матрица с високо молекулно тегло (% ​​DVB). Поради подуване, йонообменът се извършва бързо. Причината за подуване е наличието на полярни йоногенни групи, способни на хидратация или солватация. Обменният капацитет (ЕС) е най-важната количествена характеристика на йонообменника. Той характеризира способността на йонообменника за йонообмен. Общият обменен капацитет (TEC) на даден йонообменник е постоянна стойност и се определя от броя на фиксираните йони в йонообменната матрица. Зависи от следните фактори: природата на йонообменника;

§ рН стойност на разтвора;

§ условия на дефиниране (статични или динамични);

§ природа на обменения йон;

§ йонен радиус (ситов ефект).

Капацитетът на масов обмен показва колко милимола еквивалента на йон - n(1/z йон) - може да обмени 1 грам сух йонообменник. Изчислява се по формулата:

Обемният обменен капацитет показва колко милимола еквивалента от йон - n(1/z йон) - може да обмени 1 милилитър набъбнал йонен обменник. Изчислява се по формулата:

В зависимост от условията на определяне се прави разлика между статичен (SOE) и динамичен (DOE) обменен капацитет, а какво да кажем за SOE? СЪРНА.

Видове динамичен обменен капацитет:

§ преди пробива на абсорбирания йон, или работен (DOE), показва колко йони могат да бъдат абсорбирани от йонообменника, преди да се появят в елуата (пробив);

§ общо (PDOE) - показва колко йони могат да бъдат абсорбирани от йонообменника до пълното насищане на йоногенните групи при дадени условия.

Разликата между стойностите на DOE и PDOE е показана на фигурата:

Публикувано на http://www.allbest.ru/

Ориз. 4 Общ динамичен обменен капацитет (PDEC) и капацитет за пробив (DOE)

Приложение на йонообменниците в аналитичната химия

Йонообменниците се използват за решаване на следните проблеми на аналитичната практика.

§ Разделяне на веществата. Йонният обмен е удобен и ефективен метод за разделяне на вещества. Например с негова помощ е възможно да се разделят дори елементи със сходни химични свойства, като лантанидите.

§ Концентрация на веществата. Първо, голям обем от разредения разтвор преминава през колона, съдържаща йонообменна смола. След това сорбираните йони се измиват от колоната с минимално количество подходящ елуент.

§ Дефиниция на "неудобни" катиони и аниони. Често е необходимо да се анализира съдържанието на така наречените „неудобни” йони. Такива йони нямат химически аналитични свойства, които биха позволили лесното им определяне с помощта на химични или инструментални методи за анализ. От катионите те включват йони на алкални метали (Na+, K+ и др.), на аниони - и др. Определянето на "неудобните" катиони се основава на първо преминаване на пробата през колона с катионен обменник във водородна форма и последващо титруване с основа:

Определянето на "неудобните" аниони се основава на предварителното преминаване на пробата през колона с анионобменник в хидроксидна форма и последващо титруване на освободената основа с киселина:

§ Получаване на дейонизирана вода. Водата преминава последователно през колона с катионобменна смола във водородна форма, след това през колона с анионобменна смола във хидроксидна форма. В резултат на това всички катиони и аниони се задържат от йонообменници и се получава вода, която не съдържа йони.

Хроматографски методи за анализ

Хроматографският метод за анализ е използван за първи път от руския ботаник М. С. Цвет за анализ на хлорофил. Името на метода идва от гръцката дума "chromatos" - цвят, въпреки че методът ви позволява да отделяте всякакви съединения, включително неоцветени.

В момента хроматографията е един от най-обещаващите методи за анализ. Той се използва широко в различни индустрии и научни изследвания за анализ на смеси от газове, течности и твърди вещества.

В нефтохимическата и газовата промишленост хроматографията представлява 90% от всички извършени анализи. Газовата хроматография се използва в биологията и медицината, технологиите за обработка на дърво, горската химия и хранително-вкусовата промишленост и други области. Около 30% от анализите за мониторинг на околната среда (замърсяване на въздуха, анализ на отпадъчни води и др.) се извършват с помощта на газови хроматографски методи.

Същността на хроматографските методи за анализ

Хроматографията е динамичен метод за разделяне и определяне на вещества, основан на многократното разпределение на компонентите между две фази - подвижна и неподвижна.

Веществото навлиза в сорбентния слой заедно с потока на подвижната фаза. В този случай веществото се сорбира и след това, при контакт със свежи части от подвижната фаза, се десорбира. Движението на подвижната фаза се извършва непрекъснато, така че сорбцията и десорбцията на веществото се извършват непрекъснато. В този случай част от веществото е в стационарна фаза в сорбирано състояние, а част е в подвижна фаза и се движи с нея. В резултат на това скоростта на движение на веществото е по-малка от скоростта на движение на подвижната фаза. Колкото повече вещество се сорбира, толкова по-бавно се движи.

Ако се хроматографира смес от вещества, тогава скоростта на движение на всяко от тях е различна поради различния афинитет към сорбента, в резултат на което веществата се разделят: някои компоненти се забавят в началото на пътуването, други се движат по-нататък.

Класификация на хроматографските методи за анализ
Хроматографските методи за анализ са толкова разнообразни, че няма единна класификация за тях. Най-често се използват няколко класификации, които се основават на следните характеристики:

§ агрегатно състояние на подвижната и неподвижната фази;

§ механизъм на взаимодействие на веществото със сорбента;

§ техника на анализ (начин на проектиране на процеса);

§ хроматографски метод (метод за преместване на вещество през колона);

§ цел на хроматографията.

В зависимост от агрегатното състояние на фазите се разграничават газова хроматография (подвижна фаза - газ или пара) и течна хроматография (подвижна фаза - течност).

Според механизма на взаимодействие на веществото със сорбента се разграничават следните видове хроматография: адсорбция, разпределение, йонообмен, утаяване, редокс, комплексообразуване и др.

IN зависимости от начин Регистрация процес диференцират колонен И планарен хроматография. IN колонен хроматография процес раздяла водя V колони, запълнена сорбент. Планарна хроматография включва V себе си две разновидности: хроматография На хартия И тънък слой хроматография На записи.

IN зависимости от начин хроматография диференцират следното видове хроматография:

§ елуент (развива се) хроматография;

§ репресивен хроматография;

§ челен хроматография.

По-честоКато цяло се използва методът на проявяване на хроматографията. Състои се във въвеждане в непрекъснат поток на подвижната фаза (елуент) на смес от вещества, които се сорбират по-добре от елуента. Докато елуентът се движи през колоната със сорбирани вещества, те се движат по сорбентния слой с различни скорости и накрая го напускат в отделни зони, разделени от елуента.

Според целта на хроматографския процес се разграничават: аналитична хроматография - самостоятелен метод за разделяне, качествен и количествен анализ на веществата; препаративна хроматография за изолиране на чисти вещества от смес.

Газова хроматография

Методът на газовата хроматография е най-разпространен, тъй като теорията и оборудването за него са най-пълно разработени.

Газовата хроматография е хибриден метод, който позволява едновременно разделяне и определяне на компонентите на смес.

Като подвижна фаза (газ носител) се използват газове, техни смеси или съединения, които са в газообразно или парообразно състояние при условия на разделяне.

Като неподвижна фаза се използват твърди сорбенти (газова адсорбционна хроматография) или течност, нанесена в тънък слой върху повърхността на инертен носител (газо-течна хроматография).

Предимства на аналитичната газова хроматография:

§ способността за идентифициране и количествено определяне на отделни компоненти на сложни смеси;

§ висока яснота на разделяне и изразителност;

§ възможност за изследване на микропроби и автоматично записване на резултатите;

§ възможност за анализ на широк спектър от обекти - от леки газове до високомолекулни органични съединения;

Основни теоретични подходи

Задачата на теорията на хроматографията е да установи законите на движението и замъгляването на хроматографските зони. Най-често за това се използват следните подходи:

§ теория на теоретичните плочи;

§ кинетична теория.

Теорията на теоретичните плочи се основава на предположението, че колоната е разделена на малки секции - плочи. Това са тесни слоеве на колоната, в които се установява равновесие в разпределението на веществото между подвижната и неподвижната фаза.

Кинетичната теория свързва ефективността на разделянето с процесите на дифузия на веществото в колоната поради движението на потока носещ газ. Когато дадено вещество се движи по колоната, то е или в подвижна фаза, или в стационарна фаза, т.е. процесът на хроматография е стъпаловиден. Времето, което веществото прекарва в двете фази, определя скоростта на движението му през колоната.

Хроматографски пикови параметри

Ориз. 5 Хроматограма на смес от три вещества

1. Времето на задържане (tR) е времето от момента на въвеждане на анализираната проба до записването на максимума на хроматографския пик. Зависи от природата на веществото и е качествена характеристика.

2. Височина (h) или площ (S) на върха

S = ½ h. (4)

Височината и площта на пика зависят от количеството на веществото и са количествени характеристики.

Времето на задържане се състои от два компонента - времето на престой на веществата в подвижната фаза (tm) и времето на престой в неподвижната фаза (ts):

Схематична диаграма на газов хроматограф и предназначението на основните компоненти

Устройството за впръскване на проба 3 позволява определено количество от анализираната смес в газообразно състояние да бъде въведено в потока газ-носител непосредствено преди колоната. Включва изпарител и дозиращо устройство.

Потокът от носещ газ въвежда анализираната проба в колона 5, където сместа се разделя на отделните й компоненти.

Ориз. 6 Блокова схема на газов хроматограф: 1 - цилиндър с газ носител; 2 - блок за подготовка на газ; 3 - устройство за инжектиране на проби; 4 - термостат; 5 - хроматографска колона; 6 - детектор; 7 - усилвател; 8 - рекордер

Последните в смес с газ-носител се подават към детектора 6, който преобразува съответните промени във физичните или физико-химичните свойства на сместа от компоненти - газ-носител в сравнение с чистия газ-носител в електрически сигнал. Детектор със съответното захранване съставлява системата за детекция.

Необходимите температурни условия на изпарителя, колоната и детектора се постигат чрез поставянето им в съответните термостати 4, управлявани от термостат. Ако е необходимо да се повиши температурата на колоната по време на анализа, използвайте температурен програматор. Термостатите и термостатът с програматор съставляват термостатна система, която включва и устройство за измерване на температурата.

Сигналът на детектора, преобразуван от усилвател 7, се записва под формата на хроматограма от записващо устройство 8.

Често във веригата е включен електронен интегратор или компютър за обработка на данни.

Условия за хроматографски анализ

При извършване на хроматографски анализ е необходимо да се изберат оптимални условия за разделяне на анализираните компоненти. По правило при определянето им се ръководят от литературни данни. Въз основа на тях експериментално се избират:

§ неподвижна фаза в газ-течност или адсорбент в газова адсорбционна хроматография;

§ твърд инертен носител в газо-течна хроматография;

§ газ носител;

§ потребление на газ-носител;

§ обем на пробата;

§ температура на колоната.

Качествен анализ

Основни методи за идентифициране на вещества:

1. Метод на етикети

Първата версия на метода се основава на факта, че при едни и същи условия се определят и сравняват експериментално времената на задържане на референтните (маркирани) и анализираните вещества. Еднаквите параметри на задържане позволяват идентифицирането на веществото.

Втората версия на метода за етикетиране е, че референтен компонент (етикет), присъствието на който се предполага, че е в сместа, се въвежда в сместа, която се анализира. Увеличаване на височината на съответния пик в сравнение с височината на пика преди добавянето на добавката показва наличието на това съединение в сместа.

2. Използване на литературни стойности на параметрите на задържане.

Количествен анализ

Количественият анализ се основава на зависимостта на площта на пика от количеството на веществото (в някои случаи се използва височината на пика).

Има различни начини за определяне на площта на пика:

§ според формулата, като площта на триъгълник;

§ използване на планиметър;

§ претегляне на изрязаните пикове (пиковете в хроматограмата се копират върху еднаква хартия, изрязват се и се претеглят);

§ използване на електронен интегратор;

§ използване на компютър.

Точността на количествения хроматографски анализ до голяма степен се определя от избора на най-рационалния метод за изчисляване на концентрацията на веществата. Основните методи са:

§ абсолютен метод на калибриране,

§ метод за вътрешна нормализация,

§ метод на вътрешен стандарт.

Абсолютен метод на калибриране

Същността на метода е, че известни количества стандартно вещество се въвеждат в хроматографска колона и се определят площите на пиковете.

Въз основа на получените данни се построява калибровъчна графика. След това анализираната смес се хроматографира и съдържанието на този компонент се определя съгласно графиката.

За изчисляване на тези коефициенти се определят площите на пиковете на най-малко 10 стандартни смеси с различно съдържание на дадено вещество i. След това използвайте формулата.

ki = shi q / (S 100),

където ki е абсолютният корекционен коефициент на i-то вещество; ui е съдържанието на i-тия компонент в стандартната смес (%); S - пикова площ;

q е размерът на пробата (обем, cm3 - за газове, μL - за течности или маса, μg - за течности и твърди вещества).

Получените по този начин коефициенти се осредняват. След това тестовата смес се анализира и резултатът се изчислява по формулата

shi = ki S 100/q.

Методът на абсолютно калибриране е доста прост, но необходимите условия за неговото използване са точността и възпроизводимостта на дозирането на пробата, стриктното спазване на постоянството на параметрите на хроматографския режим при калибриране на устройството и при определяне на съдържанието на хроматографираното вещество.

Методът на абсолютно калибриране е особено широко използван при определяне на един или повече компоненти на смес, по-специално при използване на хроматограф за регулиране на режима на технологичния процес въз основа на съдържанието на едно или малък брой вещества в продуктите. Този метод е основният за определяне на следи от примеси.

Относителни корекционни коефициенти

Поради ниската точност на дозирането на пробата са разработени редица методи, при които размерът на пробата не се използва при изчисленията. Тези методи използват относителни коригиращи фактори. Те отчитат разликите в чувствителността на използвания детектор към компонентите на анализираната проба и зависят малко от параметрите на процеса. Те се намират предварително за всеки компонент на пробата.

За определяне на коефициентите на относителна корекция (калибриране) се приготвят серия от бинарни смеси с известен състав и въз основа на получените хроматограми се извършват изчисления по формулата

ki =(i /st)/(Si/Sst), (4)

Можете да използвате смеси за калибриране от по-голям брой вещества, но точността на определянето може да намалее.

Относителни корекционни коефициенти се използват в методите на вътрешна нормализация, вътрешен стандарт и др.

Метод на вътрешна нормализация

Същността на метода се състои в това, че сумата от площите на пиковете на всички компоненти на сместа се приема за 100%.

Необходимо условие за прилагане на метода е регистриране на всички компоненти (на хроматограмата има отделни пикове на всички компоненти на сместа).

Концентрацията на i-тия компонент се изчислява по формулата

i = ki Si 100/ У(ki Si).

При изчисляване на коефициентите на корекция съгласно формула (4) за този метод едно от съединенията, което е част от изследваната смес, може да бъде избрано като стандарт. Коефициентът на калибриране за стандартно вещество е равен на 1.

Вътрешен стандартен метод

Същността на метода е, че в анализираната смес се въвежда определено количество стандартно вещество (субстанция за сравнение).

i = ki Si 100 r/Sst..

където ki е относителният корекционен коефициент на i-тия компонент, изчислен по формула (4); Si и St. - пикови площи на i-тия компонент и вътрешен стандарт; r е съотношението на масата на вътрешния стандарт към масата на анализираната смес (без стандарта): r = mst./mm смес.

Изисквания за вещество, използвано като вътрешен стандарт:

§ не трябва да е част от сместа, която се изпитва;

§ трябва да е инертен по отношение на компонентите на анализираната смес и напълно смесим с тях;

§ Пикът на стандарта трябва да бъде добре разделен и разположен в непосредствена близост до пиковете на определяните съединения.

Вътрешният стандарт се избира измежду съединения, които са подобни по структура и физикохимични свойства на компонентите на анализираната смес. Относителните коригиращи коефициенти за компонентите на сместа се определят по отношение на вътрешния стандарт.

Методът се използва както когато всички компоненти на анализираната смес са записани на хроматограмата, така и в случай на непълно идентифицирани смеси. Основната трудност е в подбора и точната дозировка на стандартното вещество.

Публикувано на Allbest.ru

...

Подобни документи

    Анализ на методите за разделяне на веществата като съвкупност от характерни за тях химични и физични процеси и методи за тяхното осъществяване: екстракция, мембрана, интрафаза. Съвместното утаяване е метод за концентриране на следи от различни елементи.

    курсова работа, добавена на 16.10.2011 г

    Общи подходи за синтез на схеми за технологично разделяне. Многовариантна организация на процеса на технологично разделяне. Методи за синтез на схеми за технологично разделяне. Интегрално-хипотетичен метод. Продукти на разделяне. Хлоробензен и дихлоробензени.

    дисертация, добавена на 01/04/2009

    Методи за качествен анализ на вещества. Магнитно разделяне на желязо и сяра и синтез на железен сулфид. Флотация, филтриране и изпаряване на смеси. Използването на хроматография като метод за разделяне и пречистване на вещества. Физични и химични методи за анализ.

    резюме, добавено на 15.02.2016 г

    Общи подходи за синтез на схеми за технологично разделяне. Многовариантна организация на процеса на технологично разделяне. Критерии за оптимизация. Методи за синтез на схеми за технологично разделяне. Методи за синтез, основани на евристични правила.

    дисертация, добавена на 01/04/2009

    Физико-химични характеристики на кобалта. Комплексни цинкови съединения. Изследване на сорбционната концентрация на Co в присъствието на цинк от хлоридни разтвори в йонообменно съоръжение. Техническият резултат, който е постигнат при прилагането на изобретението.

    резюме, добавено на 14.10.2014 г

    Сорбентите, имобилизирани от вещества, са нов клас ефективни сорбенти. 8-хидроксихинолин и неговите аналитични приложения. Хелатиращи сорбенти с 8-хидроксихинолинови групи. Изследване на концентрацията на Cu върху анионобменник AV-17 и резултатите от него.

    курсова работа, добавена на 27.09.2010 г

    Хроматографският метод за разделяне и анализ на сложни смеси е открит от руския ботаник M.S. Цвят. Хроматографията е многократно повторение на актове на сорбция и десорбция на вещество, докато то се движи в потока на подвижната фаза по протежение на неподвижен сорбент.

    курсова работа, добавена на 13.03.2011 г

    Методи за разделяне на азеотропни и зеотропни смеси. Азеотропна и хетероазеотропна дестилация. Екстрактивна дестилация. Методи за синтез на схеми за технологично разделяне. Някои свойства, токсичен ефект, получаване и използване на компонентите.

    дисертация, добавена на 01/04/2009

    Уравнение на химическата реакция с помощта на електронно-йонния метод. Определяне на потенциалите на окислителя и редуктора, посоката на процеса, термодинамичните характеристики на H, S, G. Електронна формула на елементи по отношение на 2 и 4 квантови числа.

    курсова работа, добавена на 25.11.2009 г

    Топлинният ефект на химическа реакция или промяната в енталпията на система поради протичането на химическа реакция. Влияние на външните условия върху химичното равновесие. Влияние на налягането, концентрацията и температурата върху равновесното положение. Видове химични връзки.

В практиката на химичния анализ често възникват ситуации, когато надеждното и точно определяне на даден компонент е възпрепятствано от други компоненти, присъстващи в анализираната проба, включително основните, които съставляват матрицата на пробата. Има два начина за премахване на влиянието на хвърлящите компоненти. Първият начин, т.нар маскиране,се състои от превръщане на смущаващия компонент в аналитично неактивна форма. Тази операция може да се извърши директно в аналитичната система, а смущаващите компоненти остават в същата система.

Тази техника не винаги е възможна за прилагане, особено при анализиране на многокомпонентни смеси. В този случай се използва вторият метод - разделянето на компонентите и (или) концентрацията на компонента, който трябва да се определи. Използва се и концентрацията на аналита, ако съдържанието му в анализираната система е под границата на откриване на избрания аналитичен метод. Операциите по разделяне и концентриране често се комбинират.

Раздяла- това е операция (процес), в резултат на която компонентите, съставляващи първоначалната смес, се отделят един от друг.

Концентрация -операция (процес), в резултат на което се увеличава съотношението на концентрацията или количеството на микрокомпонента към концентрацията или количеството на макрокомпонента.

При концентриране микрокомпонентите се събират в по-малък обем или маса ( абсолютна концентрация),или отделени от макрокомпонента по такъв начин, че съотношението на концентрацията на микрокомпонента към концентрацията на макрокомпонента се увеличава ( относителна концентрация).Пример за абсолютна концентрация е изпарението на проба при анализ на природни води.

Разграничете групаИ индивидуаленразделяне и концентрация. При група наведнъж се разпределят няколко компонента, при индивид - един.

Много методи за разделяне и концентриране се основават на разликата в разпределението на веществата между две фази. В този случай процесът включва два етапа: първият е контактът на фазите и установяването на равновесие между тях, а вторият е разделянето на фазите.

Методите за разделяне се класифицират:

  • а) по естеството на процесите на разделяне;
  • б) агрегатното състояние на контактуващите фази;
  • в) естеството на процесите на разделяне.

Най-общата класификация се основава на характера на процесите на разделяне: физикохимични (утаяване и съутаяване, екстракция, сорбция, електрохимични методи и др.) И физични (изпаряване, зоново топене, насочена кристализация и др.). Освен това всяка област на науката или технологията, в която се използва химичен анализ, се характеризира със собствен набор от методи за разделяне и концентриране. Например, при анализиране на отпадъчни и природни води за съдържание на органични вещества, ако е необходимо, обикновено се използват методи на сорбция, изпаряване и замразяване, отделяне на летливи органични вещества чрез изпаряване, екстракция и методи за хроматографско разделяне.

По време на разделянето са възможни следните комбинации на контактни фази: газ - течност, газ - твърдо вещество, течност - течност, течност - твърдо вещество. Разделянето може да се извърши чрез статични (едноетапни), динамични или хроматографски (многоетапни) методи.

При описване на разделянето и концентрацията се използват следните количествени характеристики:

Коефициент на разпределение между контактуващите фази

където C и Cn са концентрацията на компонента съответно в първата и втората фаза;

Скорост на извличане

Съотношение на разделяне

коефициент на концентрация

където Q 0 и Q° m- количеството на определения компонент и матрица в пробата преди процеса на разделяне и (или) концентриране; QИ Q m- количеството на определения компонент и матрица в анализираната система след процеса на разделяне и (или) концентриране.

Понастоящем все по-широко разпространени стават така наречените хибридни и комбинирани методи, при които самите операции по разделяне, концентриране и химичен анализ се комбинират в едно устройство. Например, когато се анализират природни обекти (вода, лед, почва) за наличието на тежки метали в тях, методът на стрипинг волтаметрия е доста широко използван. При този метод на първия етап се извършва електрохимично разделяне и концентрация на следи от примеси от тежки метали на повърхността на електрода, а на втория етап се извършва волтаметричен анализ на получения концентрат.

Маскиране. Маскирането се постига чрез въвеждане на вещество в анализираната система, което превръща компонента, пречещ на анализа, в аналитично неактивна форма. В този случай не се образува нова фаза, както се случва по време на разделянето, и следователно операциите за разделяне на фазите преди анализа се елиминират.

Има два вида маскиране – термодинамично (равновесно) и кинетично (неравновесно). При термодинамично маскиране се създават условия, при които концентрацията на интерфериращия компонент в аналитично активната форма е под границата на откриване на използвания аналитичен метод. При кинетичното маскиране се постига значителна разлика в скоростите на реакция на детектираните и интерфериращите компоненти с реагента, използван за тяхното детектиране.

За извършване на операцията по маскиране се използват следните групи маскиращи вещества.

  • 1. Вещества, които превръщат смущаващ компонент в стабилно комплексно съединение. Например желязото(III) образува кървавочервен комплекс 3 .
  • 2. Вещества, които променят степента на окисление на интерфериращия йон. Например, за да се елиминира смущаващото влияние на хром (III), той обикновено се окислява до хром (U1).
  • 3. Вещества, които утаяват интерфериращи йони, но утайката може да не се отдели.
  • 4. Вещества със специфично действие. Например, при метода на стрипинг волтаметрия към анализираната система може да се добави мравчена киселина, която, разлагайки се на радикали под въздействието на ултравиолетово лъчение, свързва разтворения кислород и разрушава органичните повърхностноактивни вещества.

За оценка на ефективността на маскирането се използва така нареченият маскиращ индекс. 1 т:

Където От 0- обща концентрация на смущаващия компонент; S a -концентрация на компонент в аналитично активна форма. Индексът на маскиране може да се изчисли от равновесните константи на съответните маскиращи реакции.

Екстракция. Екстракцияса физикохимичният процес на разпределение на веществото между две фази, най-често между две несмесващи се течности (обикновено между вода и органични разтворители), и съответният метод за изолиране, разделяне и концентриране на вещества.

По време на екстракцията могат да протичат няколко процеса едновременно: образуването на екстрахирани съединения, разпределението на тези съединения между две фази, реакции в органичната фаза (дисоциация, асоциация, полимеризация). Компонентът, отговорен за образуването на екстрахируемото съединение, се нарича екстрагент.Инертните органични разтворители, в които е разтворен екстрагентът и които спомагат за подобряване на физичните и екстракционните свойства на екстрагента, се наричат разредители.Разредителят трябва да има плътност, значително по-голяма или по-малка от плътността на водата и ниска разтворимост във вода, за да се улесни разделянето на водната и органичната фаза, както и ниска токсичност. Фазата, съдържаща извлеченото съединение, се нарича екстракт.Обратният пренос на екстрахираното вещество от органичната във водната фаза се нарича обратно извличане, а разтворът, използван за това, е реекстрагептом.

Екстракцията се извършва само ако съединението, което се екстрахира, е по-разтворимо в органичната фаза, отколкото във вода. Това е възможно, ако съединението е хидрофобно. Хидрофобността се осигурява чрез прехвърляне на екстрахируемото вещество във вътрешнокомплексно съединение (хелатен комплекс), съдържащо големи хидрофобни органични лиганди, неутрализиране на неговия заряд поради образуването на неутрални комплекси или йонни асоциати и солватация на екстрахируемото съединение от молекули на екстрагента. Извличането на йонни асоциати се подобрява с увеличаване на размера на йоните и намаляване на техния заряд.

Екстракцията може да се извърши чрез периодични или непрекъснати методи. Периодичната екстракция е екстракция на вещество с отделни порции пресен екстрагент. В този случай, при достатъчно високи стойности на коефициента на разпределение, дори една екстракция позволява да се извлече веществото количествено. Непрекъснатото извличане се извършва при непрекъснат контакт и относително движение на двете фази. В този случай една от фазите остава неподвижна, а втората преминава през обема на първата под формата на отделни капки.

Екстракционните методи са подходящи за разделяне, концентриране, извличане на микро- или макрокомпоненти, индивидуално и групово извличане на компоненти при анализ на различни природни обекти. Методът е прост и бърз, осигурява висока ефективност на разделяне и концентриране и е съвместим с различни аналитични методи. Селективността на разделяне може да бъде подобрена чрез оптимизиране на условията на процеса, например чрез избор на подходящо pH, разредител, концентрация на екстрагента, въвеждане на маскиращ агент.

Хроматография. В случаите, когато коефициентите на разпределение на компонентите на сместа между двете фази се различават леко, те могат да бъдат разделени само с помощта на динамични хроматографски методи. Хроматографияе метод за разделяне на вещества въз основа на разликата в техните коефициенти на разпределение между две фази, едната от които е неподвижна, а втората се движи насочено спрямо първата. Необходимите условия за извършване на хроматография са наличието на достатъчно голяма повърхност между фазите и динамичен метод на разделяне (една фаза се движи спрямо втората). Комбинацията от тези две условия осигурява висока ефективност на хроматографията, което прави възможно разделянето на вещества, които са много сходни по свойствата си, като например изотопи на елементи или оптични изомери.

Има няколко начина за класифициране на хроматографските методи.

  • 1. Въз основа на състоянието на агрегация на подвижната фаза се разграничават течна и газова хроматография. В зависимост от агрегатното състояние на неподвижната фаза, течната хроматография се разделя на твърдо-течно-фазова и течно-течно-фазова хроматография. Последното често се нарича разделителна хроматография. Газовата хроматография, в зависимост от агрегатното състояние на неподвижната фаза, се разделя на газова адсорбция (твърда неподвижна фаза) и газ-течност или разпределение на газ.
  • 2. В зависимост от механизма на разпределение на компонентите хроматографията се разделя на молекулярна и хемосорбция. В молекулярната хроматография взаимодействието между неподвижната фаза и компонентите на сместа, които се разделят, се осъществява поради междумолекулни сили, като например силите на Ван дер Ваалс. Хемосорбционната хроматография включва йонообменна, седиментна, лигандообменна (комплексообразуваща), редокс хроматография. В този случай разделянето на компонентите на сместа става в резултат на съответните химични реакции.
  • 3. Според метода на изпълнение хроматографията се класифицира на фронтална, проявяваща (елуираща) и изместваща. В аналитичната химия най-често се използва проявяващата хроматография.
  • 4. Според техниката на изпълнение се разграничава колонна хроматография (стационарната фаза е в колоната) и планарна - хартия или тънкослойна (стационарна фаза - лист хартия или тънък слой сорбент върху стъклена или метална плоча) .

Същността на хроматографския метод е следната. Малък обем от сместа за разделяне (много пъти по-малък от обема на неподвижната фаза) се добавя към горната част на колоната, върху тънък слой сорбент или върху лента хартия. Компонентите на сместа се сорбират в горните слоеве на сорбента в колоната или в точката на прилагане на пробата в случай на плоска хроматография, а слабо сорбираните компоненти се движат по колоната или по радиуса на петното малко по-нататък отколкото силно сорбираните компоненти. Образува се така наречената първична хроматограма, при която по правило не настъпва пълно разделяне на компонентите.

За да се постигне пълно разделяне, първичната хроматограма се проявява чрез промиване на колоната (третиране на тънък слой сорбент, хартия) с подходящ разтворител (подвижна фаза). Скоростта на движение на отделените компоненти по посока на движението на подвижната фаза се определя от стойността на коефициента им на разпределение между подвижната и неподвижната фази. Колкото по-висок е коефициентът на разпределение, толкова по-бързо се движи компонентът. Ако условията на процеса (естеството на стационарната и подвижната фаза, дължината на колоната, скоростта на подвижната фаза) са избрани правилно, тогава компонентите са напълно разделени и те последователно излизат от колоната един след друг. По този начин става възможно да се селектират фракции, съдържащи отделни компоненти на сместа и да се анализират чрез подходящи аналитични методи.

В съвременните газови и течни хроматографи на изхода на колоната се поставя детектор, който позволява да се регистрира преминаването на всеки компонент през колоната. По времето на преминаване на компонента може да се определи неговия характер, а по големината на сигнала на детектора - неговото количество. Като детектори се използват неселективни анализатори като кондуктометри, рефрактометри и др. По този начин се извършва разделяне в хроматографи с едновременен качествен и количествен анализ на компонентите.

Сорбция. Това е процес на абсорбиране на газове, пари и разтворени вещества от твърди или течни вещества. Сорбцията се използва широко за разделяне и концентриране на вещества. В този случай обикновено се постига добра селективност на разделяне и големи стойности на факторите на концентрация.

Процесът на сорбция е сравнително лесен за управление и прилагането на този метод не изисква сложно оборудване и екстремни условия. Лесно се комбинира с различни аналитични методи за последващо определяне на компоненти. Следователно методът на сорбция е удобен за извършване на работа на място.

Класификацията на сорбционните методи се основава на разликите в механизма на взаимодействие между веществото и сорбентите. Разграничете адсорбция(физична сорбция и хемосорбция върху твърдата фаза), разпределението на веществата между две несмесващи се фази (течна фаза върху сорбента) и капилярна кондензация -образуването на течна фаза в порите и капилярите на твърд сорбент при абсорбиране на пари от вещество. Тези механизми обикновено не се наблюдават в чист вид.

Процесът на сорбция може да се извърши по два метода: статистически и динамичен. Последният формира основата на методите за хроматографско разделяне. В аналитичната практика се използват различни сорбенти: активен въглен, йонообменни и хелатни смоли, конвенционални и химически модифицирани силициеви диоксиди и целулоза, оксиди, хидроксиди, алумосиликати, хетерополикиселини и техните соли и др.

Електрохимични методи за разделяне и концентриране. Методите за електрохимично разделяне и концентриране включват електролиза с контролиран потенциал, карбуризиране (вътрешна електролиза) и електрофореза.

Електролиза. Методът се основава на отлагането на елемент или всяко съединение на този елемент върху електрод чрез електрически ток при контролиран потенциал. Най-често срещаният вариант на катодно отлагане на метали, анодно отлагане, например под формата на оксиди, рядко се използва. Електродният материал може да бъде живак, включително под формата на тънкослоен живачен електрод, въглерод (графит, стъкловъглерод), платина и нейните сплави, сребро, мед и волфрам. Съставът на утайката, образувана върху електрода, зависи от условията на процеса (на първо място, големината на потенциала на електрода), състава на електролита и материала на електродите.

Има различни вариации на метода. В един случай, чрез избор на подходящ електролитен състав и стойност на потенциала, е възможно селективно да се изолира определен компонент, във втория (чрез промяна на потенциала в широки граници) - група компоненти и след това да се определи всеки от тях с помощта на подходящи селективни методи. Пълно разделяне може да се постигне, когато определяният компонент се отдели от електрохимично неактивни вещества. Например, когато се изолират от воден разтвор на катода, такива вещества ще включват соли на активни метали и органични съединения.

При концентриране на микрокомпоненти е по-удобно да се изолират върху електрода, а не върху компонентите на матрицата, тъй като в този случай загубите на микрокомпонента, възможни поради механичното му улавяне от матрицата за отлагане, образуването на интерметални съединения и твърди разтвори, са намалени. В повечето случаи пълното изолиране на микрокомпонент изисква много дълго време, така че частичното изолиране е ограничено. Концентрирането на микрокомпонента може да се постигне не само чрез отлагането му върху електрода, но и чрез електрохимично разтваряне на матрицата.

Електролитното разделяне в повечето случаи представлява неразделна част от стрипинг електрохимичните методи, от които стрипинг волтаметрията е най-често срещаната.

Методът на циментиране включва редукция на компоненти (обикновено микрокомпоненти) върху активни метали (алуминий, цинк, магнезий) или амалгами от тези метали. По време на циментирането протичат два процеса едновременно: катоден (отделяне на компонент) и аноден (разтваряне на циментиращия метал). Например, този метод се използва за изолиране на съответни микроелементи (главно тежки метали) от естествени води и след това определянето им чрез атомно-емисионна спектроскопия.

Електрофореза. Методът се основава на зависимостта на скоростта на движение на заредени частици в електрическо поле от големината на техния заряд, форма и размер. Тази зависимост за сферичните частици се описва от уравнението

където z е ефективният заряд на частицата, който в разтворите е по-малък от заряда на йона поради влиянието на йонната атмосфера; Е -напрегнатост на електрическото поле; G -ефективен радиус на частиците, като се вземе предвид дебелината на солватната обвивка; Ж- вискозитет на средата. Скоростта на движение на частиците е силно повлияна от състава на средата, по-специално рН, което се използва за увеличаване на селективността на разделянето.

Има два вида електрофореза: фронтална и зонова (върху средата). В първия случай малък обем от тестовия разтвор се поставя в капиляр с електролит. Във втория случай движението на йони става в реактивна среда, с която хартията е специално обработена. В този случай частиците се задържат на хартия след изключване на полето. Основната област на приложение на класическата електрофореза е биохимичният анализ: разделяне на протеини, ензими, нуклеинови киселини и др.

Капилярната електрофореза се развива интензивно от началото на 80-те години. Това се дължи на значително намаляване на диаметъра на капилярите

(до 50-100 микрона) и преминаване към директно спектрофотометрично определяне на компонентите директно в капиляра. Основните предимства на метода включват неговата висока ефективност и простота на хардуерния дизайн. Капилярната електрофореза се използва за анализ на отпадъчни и природни води за съдържание на неорганични компоненти (катиони и аниони).

Други методи за разделяне и концентриране. Съществуват редица други методи за разделяне и концентриране, които са били използвани за аналитични цели с различна степен на успех. Те включват утаяване и съвместно утаяване, методи на изпаряване (дестилация, дестилация, сублимация) и замразяване. Всички тези методи, при определени условия, позволяват да се постигнат високи коефициенти на концентрация.

Филтрирането, утаяването и ултрацентрофугирането се използват широко за разделяне на хетерогенни системи.

1) Физически методи: изпаряване (изпаряване), дестилация

Изпарение – непълно изпаряване на разтворителя (намаляване на обема – концентрация)

Изпарение – изпаряване на разтворителя до сухо (последвано от разтваряне на сухия остатък в малък обем)

Дестилация – отделяне на летливи компоненти

2) Химични методи: утаяване, съутаяване

валежи – разделяне (систематичен ход на анализ); концентрация (утаяването на йона се определя от голям обем на анализирания разтвор и разтварянето на утайката в малък обем)

Съвместно утаяване – едновременно утаяване от един и същ разтвор на микрокомпонент, разтворим при дадени условия, с утаен макрокомпонент.

Причини за съвместно утаяване: 1) повърхностна адсорбция - съутаеното вещество се адсорбира върху повърхността на колектора и се отлага с него; 2) оклузия - механично улавяне на част от матерния разтвор с коутаения йон вътре в колекторната утайка; 3) включване – образуване на смесени кристали

Съутаяването се използва за концентриране на вещества, присъстващи в микроколичества в анализирания разтвор, последвано от определянето им в концентрата.

3) Физико-химични методи: екстракция, хроматография

Екстракция – метод за извличане на вещество от разтвор или суха смес с помощта на подходящ разтворител. За извличане от разтвор се използват разтворители, които не се смесват с този разтвор, но в които веществото се разтваря по-добре, отколкото в първия разтворител. Екстракцията се използва в химическата, нефтопреработвателната, хранително-вкусовата, металургичната и фармацевтичната промишленост.

Хроматография – динамичен сорбционен метод за разделяне и анализиране на смеси от вещества, както и изследване на физикохимичните свойства на веществата. Основава се на разпределението на веществата между две фази – неподвижна (твърда фаза или течна, свързана върху инертен носител) и подвижна (газова или течна фаза).

88. Методи за качествен химичен анализ

Микрокристалоскопски анализ

Реакциите, които произвеждат съединения с характерни кристални форми, могат да се използват за откриване на катиони и аниони. Формата и скоростта на образуване на кристали се влияят от реакционните условия. Значителна роля в микрокристалоскопските реакции играе бързото изпаряване на разтворителя, което води до концентриране на разтвора и следователно до повишаване на чувствителността на определяне на йони.

Пирохимичен анализ



При нагряване на вещества в пламъка на горелката могат да се наблюдават различни характерни явления: изпаряване, топене, промяна на цвета, оцветяване на пламъка. Всички тези явления се използват в качествения анализ за предварително изпитване на дадено вещество. Понякога с помощта на пирохимични реакции е възможно да се увеличи селективност и чувствителност на определяне. Пирохимични реакцииизползвани за анализ на минерали в областта.

Оцветяване на пламък

Когато разтвор на метална сол се въведе в пламък, възникват редица сложни процеси: изпаряване, образуване на твърди аерозоли, дисоциация, йонизация, взаимодействие с кислород, възбуждане на атоми, йони и молекули. Крайният резултат от тези процеси е аналитично използвания ефект - пламъчно сияние.

89. Методи за определяне на количествения състав на съединенията


90. Основни физични величини

Физическо количество – физическо свойство на материален обект, физическо явление, процес, което може да се характеризира количествено.

Стойност на физическото количество – число, характеризиращо тази физическа величина, указващо мерната единица, въз основа на която са получени.

Система от физически единици – съвкупност от мерни единици на физически величини, в които има определен брой така наречени основни мерни единици, а останалите мерни единици могат да бъдат изразени чрез тези основни единици. SI (Международна система) – международна система единици. SI е най-широко използваната система от единици в света, както в ежедневието, така и в науката и технологиите.



В системата SI всяка основна величина има съответна единица: единица за дължина– метър (m); единица време– втори (и); единица маса– килограм (кг); единици интензитет на електрически ток– ампер (A); температурна единица– келвин (K); единица вещество– мол (mol); единица за интензитет на светлината– кандела (cd)

При практическа употреба единиците на международната система често се оказват или твърде големи, или твърде малки, така че десетичните кратни и подкратни могат да бъдат образувани с помощта на специални префикси.

звукова дъска да 10 1 деци д 10 -1
хекто Ж 10 2 centi с 10 -2
килограм Да се 10 3 Мили м 10 -3
мега М 10 6 микро мк 10 -6
гига Ж 10 9 нано н 10 -9
тера T 10 12 пико П 10 -12
пета П 10 15 фемто Е 10 -15
exa д 10 18 atto А 10 -18

91. Концепцията за физичните методи и тяхната класификация

92. Използване на физични методи в експертните изследвания

93. Концепцията за физичната величина „плътност“. Методи за определяне на плътността

Плътност – физическо количество, равно на съотношението на масата на тялото към неговия обем ( ρ = m/V). Въз основа на определението за плътност, нейното измерение кг/м3в системата SI.

Плътността на веществото зависи отмасата на атомите, от които се състои, и върху плътността на опаковане на атомите и молекулите в веществото. Колкото по-голяма е масата на атомите и колкото по-близо са разположени един до друг, толкова по-голяма е плътността.

Плътномери използва се за измерване на плътността на течности, газове и твърди вещества.

Плътност на нееднородната материя - съотношението на масата и обема, когато последният се свие до точката, в която се измерва плътността. Съотношението на плътностите на две вещества при определени стандартни физични условия се нарича относителна плътност; за течни и твърди веществаизмерва се при температура T, обикновено спрямо плътността на дестилирана вода при 4°C, за газове– по отношение на плътността на сух въздух или водород при нормални условия ( T= 273K, стр = 1,01 10 5 Pa).

За насипни и порести твърди вещества се разграничават плътностиистинска (масата на единица обем на плътен материал, който не съдържа пори), видима (масата на единица обем на порест материал, направен от зърна или гранули) и насипна (масата на единица обем на слой от материал ).

94. Понятието физична величина "маса". Методи за определяне на масата

Тегло – скаларна физична величина, една от основните характеристики на материята, определяща нейните инерционни и гравитационни свойства. Правете разлика между инерционна маса и гравитационна маса.

Понятието маса е въведено в механиката I. Нютон. В класическата механика Нютонмасата е включена в определението за импулс (количество движение) на тяло: импулс Рпропорционална на скоростта на тялото V , p=mv (1). Фактор на пропорционалност - постоянна стойност за дадено тяло м– и има телесна маса. Еквивалентното определение на масата се получава от уравнението на движението на класическата механика F=ma(2). Тук масата е коефициентът на пропорционалност между силата, действаща върху тялото Еи предизвиканото от него ускорение на тялото а. Масата, определена от отношения (1) и (2), се нарича инерционна (инерционна) маса ; характеризира динамичните свойства на тялото, е мярка за инерцията на тялото: при постоянна сила, колкото по-голяма е масата на тялото, толкова по-малко ускорение придобива, т.е. толкова по-бавно се променя състоянието на движението му.

В теорията на гравитацията Нютонмасата действа като източник на гравитационното поле. Всяко тяло създава гравитационно поле, пропорционално на масата на тялото (и се влияе от гравитационното поле, създадено от други тела, чиято сила също е пропорционална на масата на телата). Това поле причинява привличането на всяко друго тяло към това тяло със сила, определена от закона за гравитацията на Нютон: F = G* (m 1 * m 2 / R 2) - (3), където Ре разстоянието между телата, Же универсалната гравитационна константа, a m 1И м 2– маси от привличащи се тела.

От формула (3) лесно се получава формулата за тегло Ртелесна маса мв гравитационното поле на Земята: Р = mg(4). Тук g = G*M/r 2- ускорение на гравитацията в гравитационното поле на Земята. Масата, определена от съотношения (3) и (4), се нарича гравитационна маса на тялото .

Везни - устройство за определяне на масата на телата (претегляне) чрез тежестта, действаща върху тях, като се счита приблизително за равна на силата на гравитацията. Нека разгледаме като пример измерването на телесното тегло, което измерваме с помощта на обикновени равнораменни везни. Под въздействието на гравитацията се създават сили. Масата на тялото заедно с тези сили притиска едната чаша, а масата на тежестите - другата. Подбирайки тежести, постигаме баланс, т.е. равенство на тези сили. Това ни дава право да твърдим, че масата на тегленото тяло е равна на масата на тежестите, ако приемем, че силата на тежестта на разстоянието между чашите остава същата. Както можете да видите, за да измерим масата, трябваше да преобразуваме масите на тялото и тежестите в сили и за да сравним силите една с друга, да преобразуваме действието им в механично движение на лостовете на везните.