Ionska izmjena. Metode separacije i koncentracije Separacija i koncentracija analitičke kemije

1) Fizikalne metode: isparavanje (evaporacija), destilacija

Isparavanje – nepotpuno isparavanje otapala (smanjenje volumena – koncentracija)

Isparavanje – isparavanje otapala do suhog (nakon čega slijedi otapanje suhog ostatka u malom volumenu)

Destilacija – odvajanje hlapljivih komponenti

2) Kemijske metode: oborina, suprecipitacija

Taloženje – razdvajanje (sustavni tijek analize); koncentracija (taloženje iona koje treba odrediti iz velikog volumena analizirane otopine i otapanje taloga u malom volumenu)

Suprecipitacija – istovremeno taloženje iz iste otopine mikrokomponente topljive u danim uvjetima s istaloženom makrokomponentom.

Uzroci koprecipitacije: 1) površinska adsorpcija - koprecipitirana tvar se adsorbira na površini kolektora i taloži s njim; 2) okluzija - mehaničko hvatanje dijela matične otopine s koprecipitiranim ionom unutar kolektorskog sedimenta; 3) inkluzija – stvaranje mješovitih kristala

Koprecipitacijom se koncentriraju tvari prisutne u mikrokoličinama u analiziranoj otopini, nakon čega slijedi njihovo određivanje u koncentratu.

3) Fizikalno-kemijske metode: ekstrakcija, kromatografija

Izvlačenje – metoda ekstrakcije tvari iz otopine ili suhe smjese pomoću prikladnog otapala. Za ekstrakciju iz otopine koriste se otapala koja se s tom otopinom ne miješaju, ali u kojima se tvar bolje otapa nego u prvom otapalu. Ekstrakcija se koristi u kemijskoj, naftnoj, prehrambenoj, metalurškoj i farmaceutskoj industriji.

Kromatografija – dinamička sorpcijska metoda za razdvajanje i analizu smjesa tvari, kao i proučavanje fizikalno-kemijskih svojstava tvari. Temelji se na raspodjeli tvari između dvije faze – stacionarne (kruta faza ili tekućina vezane na inertnom nosaču) i pokretne (plinovita ili tekuća faza).

88. Metode kvalitativne kemijske analize

Mikrokristaloskopska analiza

Reakcije koje proizvode spojeve s karakterističnim kristalnim oblicima mogu se koristiti za otkrivanje kationa i aniona. Na oblik i brzinu stvaranja kristala utječu uvjeti reakcije. Značajnu ulogu u mikrokristaloskopskim reakcijama ima brzo isparavanje otapala, što dovodi do koncentriranja otopine i, posljedično, povećanja osjetljivosti određivanja iona.

Pirokemijska analiza

Pri zagrijavanju tvari u plamenu plamenika mogu se uočiti različite karakteristične pojave: isparavanje, taljenje, promjena boje, bojanje plamena. Svi ovi fenomeni koriste se u kvalitativnoj analizi za preliminarno ispitivanje tvari. Ponekad, uz pomoć pirokemijskih reakcija, moguće je povećati selektivnost i osjetljivost određivanja. Pirokemijske reakcije koristi se za analizu minerala na terenu.

Bojanje plamena

Kada se otopina soli metala unese u plamen, dolazi do niza složenih procesa: isparavanja, stvaranja čvrstih aerosola, disocijacije, ionizacije, interakcije s kisikom, ekscitacije atoma, iona i molekula. Krajnji rezultat ovih procesa je analitički korišten učinak - plamen sjaj.

89. Metode određivanja kvantitativnog sastava spojeva

90. Osnovne fizikalne veličine

Fizička količina – fizičko svojstvo materijalnog predmeta, fizikalne pojave, procesa koje se može kvantitativno okarakterizirati.

Vrijednost fizikalne veličine – broj koji karakterizira tu fizikalnu veličinu, označavajući mjernu jedinicu na temelju koje su dobiveni.

Sustav fizičkih jedinica – skup mjernih jedinica fizikalnih veličina, u kojem postoji određeni broj tzv. osnovnih mjernih jedinica, a ostale mjerne jedinice mogu se izraziti kroz te osnovne jedinice. SI (Međunarodni sustav) – međunarodni sustav jedinica. SI je najrašireniji sustav jedinica na svijetu, kako u svakodnevnom životu tako iu znanosti i tehnologiji.

U SI sustavu svaka osnovna veličina ima odgovarajuću jedinicu: jedinica duljine– metar (m); jedinica vremena– drugi (s); jedinica mase– kilogram (kg); jedinice jakost električne struje– amper (A); jedinica za temperaturu– kelvin (K); jedinica količine tvari– madež (mol); jedinica svjetlosne jakosti– kandela (cd)

U praktičnoj uporabi, jedinice međunarodnog sustava često se pokažu ili prevelikima ili premalima, pa se decimalni višekratnici i podvišekratnici mogu oblikovati pomoću posebnih prefiksa.

91. Pojam fizikalnih metoda i njihova klasifikacija

92. Primjena fizikalnih metoda u stručnim istraživanjima

93. Pojam fizikalne veličine “gustoća”. Metode određivanja gustoće

Gustoća – fizikalna veličina jednaka omjeru mase tijela i njegovog volumena ( ρ = m/V). Na temelju definicije gustoće, njegova dimenzija kg/m3 u SI sustavu.

Gustoća tvari ovisi o masi atoma od kojih se sastoji te o gustoći pakiranja atoma i molekula u tvari. Što je masa atoma veća i što su bliže jedan drugome, to je gustoća veća.

Mjerači gustoće koristi se za mjerenje gustoće tekućina, plinova i krutih tvari.

Gustoća nehomogene tvari - omjer mase i volumena kada se potonji skupi do točke u kojoj se mjeri gustoća. Omjer gustoća dviju tvari pod određenim standardnim fizičkim uvjetima naziva se relativna gustoća; za tekuće i čvrste tvari mjeri se na temperaturi t, obično u odnosu na gustoću destilirane vode na 4°C, za plinove– u odnosu na gustoću suhog zraka ili vodika u normalnim uvjetima ( T= 273K, str = 1,01 10 5 Pa).

Za rasute i porozne tvari razlikuju se gustoće pravi (masa jedinice volumena gustog materijala koji ne sadrži pore), prividni (masa jedinice volumena poroznog materijala napravljenog od zrna ili granula) i rasuti (masa jedinice volumena sloja materijala) ).

94. Pojam fizikalne veličine “masa”. Metode određivanja mase

Težina – skalarna fizikalna veličina, jedna od glavnih karakteristika materije, koja određuje njezina inercijska i gravitacijska svojstva. Postoje inercijska masa i gravitacijska masa.

U mehaniku je uveden pojam mase I. Newton. U klasičnoj mehanici Newton masa je uključena u definiciju momenta (količine gibanja) tijela: impuls R proporcionalan brzini tijela V , p=mv (1). Faktor proporcionalnosti – konstantna vrijednost za određeno tijelo m– i tu je tjelesna masa. Ekvivalentna definicija mase dobiva se iz jednadžbe gibanja klasične mehanike F=ma(2). Ovdje je masa koeficijent proporcionalnosti sile koja djeluje na tijelo F i njime uzrokovano ubrzanje tijela a. Masa određena relacijama (1) i (2) naziva se inercijalna (inercijalna) masa ; karakterizira dinamička svojstva tijela, mjera je tromosti tijela: uz konstantnu silu, što je veća masa tijela, manje se ubrzava, tj. sporije se mijenja stanje njegovog gibanja.

U teoriji gravitacije Newton masa djeluje kao izvor gravitacijskog polja. Svako tijelo stvara gravitacijsko polje proporcionalno masi tijela (i na njega djeluje gravitacijsko polje koje stvaraju druga tijela, čija je jakost također proporcionalna masi tijela). Ovo polje uzrokuje privlačenje bilo kojeg drugog tijela prema ovom tijelu silom određenom Newtonovim zakonom gravitacije: F = G* (m 1 * m 2 / R 2) - (3), gdje R– udaljenost između tijela, G je univerzalna gravitacijska konstanta, a m 1 I m 2– mase privlačnih tijela.

Iz formule (3) lako je dobiti formulu za težinu R tjelesna masa m u gravitacijskom polju Zemlje: P = mg(4). Ovdje g = G*M/r 2- ubrzanje sile teže u gravitacijskom polju Zemlje. Masa određena relacijama (3) i (4) naziva se gravitacijsku masu tijela .

Vage - uređaj za određivanje mase tijela (vaganje) težinom koja na njih djeluje, približno je smatrajući jednakom sili teže. Uzmimo kao primjer mjerenje tjelesne težine koju mjerimo običnom jednakokrakom vagom. Pod utjecajem gravitacije stvaraju se sile. Masa tijela zajedno s tim silama pritišće jednu čašu, a masa utega drugu. Odabirom utega postižemo ravnotežu, tj. jednakost tih snaga. To nam daje za pravo reći da je masa tijela koje se važe jednaka masi utega, uz pretpostavku da sila teže na udaljenosti između čašica ostane ista. Kao što vidite, za mjerenje mase morali smo mase tijela i utega pretvoriti u sile, a da bismo međusobno usporedili sile, njihovo djelovanje pretvoriti u mehaničko kretanje poluga vage.

Tečajni rad:

Metode separacije i koncentracije u elementarnoj analizi

Uvod

Opće karakteristike metoda separacije

Ekstrakcija kao metoda razdvajanja

Opće karakteristike metoda koncentracije

Kotaloženje kao metoda koncentracije

Zaključak

Bibliografija

Uvod

Razvoj analitičke kemije odvija se u dva glavna smjera: razvoj najselektivnijih metoda za određivanje pojedinačnih tvari i optimalna kombinacija metoda odvajanja i koncentracije s neselektivnim metodama određivanja u kombiniranim metodama analize. U ovom slučaju selektivnost metode znači sposobnost registracije analitičkog signala koji odgovara tvari koja se određuje na pozadini koju stvaraju popratne nečistoće i matrica. Koncept kombiniranog u potpunosti je u skladu sa semantičkim sadržajem ove riječi: povezani zajedno radi postizanja zajedničkog cilja. Sukladno tome, mogu postojati kombinirane metode odvajanja, kojima je cilj poboljšati odvajanje, i kombinirane analitičke metode, koje pružaju optimalnu kombinaciju preliminarnog odvajanja s konačnim određivanjem. Široka uporaba kombiniranih metoda analize, prvenstveno kromatografskih, ne može se smatrati samo posljedicom ograničene selektivnosti poznatih metoda za izravno određivanje tvari u predmetu analize.

Osim važne uloge metoda odvajanja i koncentracije za kombinirane metode analize, metode odvajanja imaju samostalnu vrijednost u rješavanju preparativnih problema. Analitičarima su stalno potrebne tvari visoke čistoće: otapala, prije svega voda, reagensi i na kraju sve tvari koje analiziraju. Zadaci pripreme standardnih uzoraka jednako su raznoliki kao i predmeti analize. I nije uvijek moguće koristiti gotove uzorke i njihove komponente potrebnog stupnja čistoće. U svojim preparativnim interesima analitička kemija dolazi u bliski dodir s kemijskom tehnologijom. Metode odvajanja i koncentracije koje su razvili analitičari često se implementiraju u tehnološke procese bez temeljnih promjena. U ovom slučaju možemo govoriti io velikim ekstrakcijskim tehnologijama za proizvodnju rijetkih metala io procesima u farmaceutskoj industriji, u biokemijskoj proizvodnji, gdje granica između razmjera laboratorijskog eksperimenta i industrijske proizvodnje praktički nema.

Opće karakteristike metoda separacije

Pod metodama razdvajanja podrazumijevamo skup za njih karakterističnih kemijskih i fizikalnih procesa i metoda za njihovu provedbu. Sam proces, na primjer, odvajanja tvari između dvije tekuće faze još nije metoda odvajanja. U kombinaciji s metodom provedbe koja osigurava prijelaz tvari iz jedne faze u drugu kao rezultat njihove ravnotežne raspodjele između faza, takav će proces postati ekstrakcija, au kombinaciji s kromatografskom metodom - tekućinsko-tekuća kromatografija.

Poteškoće u svakom pokušaju sistematiziranja metoda razdvajanja donose kombinirane metode analize. Nazivi “plinska” i “tekuća” kromatografija kriju obje metode za kromatografsko odvajanje tvari u plinovitoj i tekućoj fazi, te odgovarajuće kombinirane metode.

Još uvijek ne postoji općeprihvaćena klasifikacija meda za separaciju i koncentraciju. Kada zajedno razmatrate različite metode, najčešće se susrećete s njihovim jednostavnim popisom. Ili s grupiranjem prema nekim formalnim kriterijima izvan opće klasifikacije. Kod sistematiziranja separacijskih metoda, u najjednostavnijem slučaju, polazi se od pripadnosti metode jednom ili drugom području znanosti koje ju je iznjedrilo: kemijske, fizikalno-kemijske, fizikalne metode. Klasificirajmo metode odvajanja u tablicama u nastavku.

Tablica 1. Metode odvajanja temeljene na stvaranju nove faze pomoću izolirane tvari

Agregatno stanje faze u kojoj se nalazi početna smjesa tvari Agregatno stanje izolirane faze Čvrsto tijelo Plin Tekućina Tekućina Taloženje, elektrotaloženje, smrzavanje, kristalizacija Destilacija, destilacija, rektifikacija - Plin - Krutina koja se smrzava - Destilacija na visokoj temperaturi u interakciji s plinoviti reagens, sublimacija Selektivno otapanje

Metode razdvajanja faza sastoje se od četiri skupine i temelje se na:

2.razlike u raspodjeli tvari između faza;

.razlike u prijenosu mase, koje se očituju tijekom induciranog prijelaza tvari iz jedne faze u drugu kroz treću fazu koja ih razdvaja;

.mehanizmi intrafazne separacije.

Za prvu skupinu metoda karakteristična su agregatna stanja početne smjese tvari i izolirane faze (tablica 1). Metode druge skupine temelje se na općim obrascima raspodjele tvari između faza i mogu se karakterizirati njihovim agregatnim stanjem i načinom izvođenja procesa međufazne raspodjele. Za treću i četvrtu skupinu, osim stanja agregacije faza, karakteristična je karakteristika pokretačkih snaga procesa.

Značaj metoda odvajanja uključenih u prvu skupinu za analitičku kemiju nije dvosmislen. Postupci smrzavanja tekuće i plinovite faze i selektivnog otapanja krute faze koriste se relativno rijetko. Zamrzavanje se koristi u analizi plina za odvajanje vlage i za kriogeno koncentriranje nečistoća s višim vrelištem. Selektivno otapanje koristi se u dvije varijante: djelomično ili potpuno otapanje matrice i selektivno otapanje faza. Primjer potpunog otapanja matrice je otapanje čelika i legura pri određivanju nemetalnih inkluzija: oksida, karbida, nitrida.

Za analitičku kemiju od najveće su važnosti metode razdvajanja koje se temelje na razlikama u raspodjeli tvari između faza: ekstrakcija, sorpcija, razne kromatografske metode. Karakteristična značajka separacijskih metoda ove skupine, osim faznog sustava, je i način izvođenja procesa međufazne separacije (tablica 2.)

Tablica 2. Metode odvajanja temeljene na razlikama u raspodjeli tvari između faza

Fazni sustav Metoda provedbe procesa međufazne separacije Jednostruka distribucija ravnoteže Višestruko ponavljanje procesa distribucije Promjena, adsorpcija, gel permeacija, afinitetna kromatografija Tekućina-plin Ekstrakcija plina BubblingPlinska-tekućina i tekućina-plinska kromatografija Kritična tvar-krutina (tekućina) Ekstrakcija superkritičnog fluida Ekstrakcija višefaznog fluida Superkritični fluid kromatografija

Ekstrakcija kao metoda razdvajanja

Od separacijskih metoda koje se temelje na jednokratnom ravnotežnom razdvajanju tvari najveću praktičnu važnost ima ekstrakcija. Ekstrakcija je jedna od najpouzdanijih, vrlo učinkovitih i raširenih metoda za koncentriranje i odvajanje tvari. Istraživanje i primjena ekstrakcije vodeći je smjer u modernoj kemiji koji se brzo razvija.

Ekstrakcija se odnosi i na proces raspodjele tvari između dvije faze i na metodu odvajanja koja se temelji na tom procesu. U najopćenitijem slučaju možemo razmatrati fazne ravnoteže u sustavima tekućina-kapljevina, tekućina-plin. Moguće je širok izbor tekućih faza: voda i vodene otopine, organska otapala i otopine drugih organskih spojeva u njima, rastaljene soli i metali, taline čvrstih organskih spojeva u normalnim uvjetima. Metoda plinske ekstrakcije (sustav tekućina-plin i rjeđe sustav krutina-plin) ima užu namjenu - za analizu plinovitih i hlapljivih spojeva u kondenziranim fazama, a razlikuje se od konvencionalne ekstrakcije samo po tome što se plin koristi kao ekstraktant. , koji ne ometa analitičko određivanje plinovitih spojeva.nečistoće.

Mnoge metode bliske ekstrakciji, poput razdjelne kromatografije na papiru i stupcu, temelje se na raspodjeli tvari između dvije tekuće faze. U razdjelnoj kromatografiji jedna od faza, organska ili vodena, je fiksirana na inertnom nosaču, dok se druga kreće. Time se postiže višestruka izmjena između faza. Posebno je važna ekstrakcija raznih metalnih spojeva iz vodenih otopina u organska otapala koja se s njima ne miješaju.

Ekstrakcija se provodi 1) dovođenjem otopina (metalni ioni i ekstragent) u dodir (miješanje); 2) mehaničko odvajanje faza; 3) regeneracija ekstraktanta.

Područja primjene ekstrakcije vrlo su raznolika. Ekstrakcija omogućuje izdvajanje čak i malih količina nečistoća iz baze, što je posebno važno kod dobivanja i analize materijala visoke čistoće, odvajanja radioizotopa, pročišćavanja bioloških materijala itd.

Ekstrakcija se rjeđe koristi za odvajanje baze od tragova i to u pravilu samo u slučajevima kada se nečistoće ne mogu izolirati. Makrokomponente se obično ekstrahiraju u obliku složenih metalnih halogenih kiselina (na primjer, željezo iz otopina HCl s dietil eterom) ili koordinacijsko-solvatnih soli. Mikronečistoće se često ekstrahiraju u obliku intrakompleksnih spojeva, rjeđe - u obliku složenih metalnih kiselina.

Ekstrakcija je također učinkovita u odvajanju komponenti sličnih svojstava, uključujući tvari visokog vrelišta i azeotropne smjese.

Ekstrakcija se široko koristi za povećanje osjetljivosti određivanja mnogim kemijskim i fizikalno-kemijskim metodama analize. Ekstrakcija ima značajnu ulogu u proučavanju ravnoteža u otopinama, složenim procesima nastanka i općenito u proučavanju stanja tvari u otopinama.

Takve prednosti ekstrakcije kao što su svestranost, brzina, jednostavnost primjene, brzina, niske radne temperature, pristupačnost, nedostatak složene opreme, relativno mala (ili čak odsutnost) koekstrakcija i druge, čine ekstrakciju vrlo učinkovitom metodom za koncentriranje mikronečistoća i odvajanje tvari. Do danas su razvijene metode za ekstrakciju gotovo svih elemenata i mnogih klasa spojeva kako u preparativne svrhe tako iu tehnologiji, posebice nuklearnoj tehnologiji.

Ekstrakcija se može koristiti i za apsolutnu i za relativnu koncentraciju. Za analizu je važnija relativna ekstrakcijska koncentracija pri kojoj se postiže obogaćivanje, odnosno smanjuje omjer između makro i mikrokomponenata.

U praksi kemijske analize ekstrakcija se koristi ili samo kao metoda odvajanja; izolirani element u ovom slučaju (ako je potrebno, ekstrakt se predmineralizira) određuje se bilo kojom konvencionalnom metodom, ili u kombinaciji s naknadnim određivanjem (ekstrakcijsko-fotometrijska, ekstrakcijsko-polarografska i druge, tzv. kombinirane metode). Određivanje elementa od interesa može se provesti iu vodenom i u organskom okruženju

Fazni sustav Pokretačka sila procesa Gradijent kemijskog potencijala Gradijent električnog potencijala Gradijent tlaka Tekućina-tekućina-tekućina Dijaliza kroz tekuće membraneElektrodijaliza kroz tekuće membrane - Tekućina-krutina-tekućinaDijaliza Elektrodijaliza, elektroosmozaUltrafiltracija, reverzna osmoza, piezodijaliza Tekućina-krutina-plin Isparavanje kroz membranu - - Difuzijsko odvajanje plin-krutina-plin - -

Metode odvajanja koje se temelje na višestrukim ravnotežnim distribucijama uvijek imaju temeljna ograničenja na čistoću izoliranih frakcija. Očito je da se dobro odvajanje u ovom slučaju može postići samo ako postoji značajna razlika u svojstvima tvari koje se odvajaju. Proces u području ovih metoda u potpunosti je određen stvaranjem novih selektivnih sorbenata ili ekstraktanata. Ali pojava fundamentalno novih klasa takvih spojeva, kao što su organofosforni ekstraktanti, krunski eteri ili kiralni sorbenti, relativno je rijedak fenomen. Potraga u pravilu dovodi do potrebe dobivanja sve složenijih i skupljih spojeva, a pozitivan učinak njihove primjene ne opravdava troškove potrage.

Na temelju podataka navedenih u tablici. 2 klasifikacije metoda temeljene na razlikama u raspodjeli tvari između faza, može se vidjeti još jedan način povećanja učinkovitosti metoda ove skupine, koji se sastoji u poboljšanju metoda izvođenja procesa međufazne distribucije, u prijelazu s pojedinačnih procesa na višestupanjske i kromatografske.

Može se činiti pomalo čudnim da se kromatografska metoda klasificira kao metoda za izvođenje procesa međupovršne raspodjele tvari. Obično se kromatografske metode razmatraju odvojeno od drugih metoda odvajanja na temelju razlika u raspodjeli tvari između faza. Brojne definicije kromatografije, predložene tijekom godina, naglašavaju da je kromatografija metoda odvajanja ili postupak koji vodi do odvajanja tvari. Nema tu proturječja. Povijesno gledano, kromatografija je nastala kao metoda odvajanja, čija je bit odvajanje zona pojedinačnih tvari kada otopina koja sadrži njihovu smjesu prolazi kroz sloj čvrstog sorbenta. Kada se razmatraju fizikalno-kemijski fenomeni koji uzrokuju ovo "otapanje", prirodno je govoriti o kromatografiji kao procesu koji se odvija u dvofaznom sustavu. Kada govorimo o skupu metodoloških tehnika primijenjenih na gotovo svaki dvofazni sustav, a koje omogućuju znatno povećanje koeficijenata razdvajanja postignutih jednom ravnotežnom raspodjelom tvari između faza, možemo reći da je kromatografija način da se iz procesa međufaznog razdvajanja.

Kromatografija kao metoda provođenja međufaznog procesa sastoji se u relativnom kretanju faza u ograničenom prostoru pod uvjetima u kojima je jedna od njih stalno u raspršenom stanju ili u obliku filma na površini stijenki koje ograničavaju taj prostor. To se kretanje događa u stupcu, u kapilari, u tankom sloju. Jedna od faza može biti stacionarna ili će obje biti u pokretu. U svakom slučaju, kromatografska metoda omogućuje višestruku sekvencijalnu preraspodjelu tvari između faza koje se međusobno kreću, što dovodi do razlika u brzinama kretanja zona pojedinih tvari u prostoru za odvajanje, au slučaju istodobnog kretanja obiju faza u različitim smjerovima , do razlika u smjeru kretanja zona. A stvarna metoda odvajanja bit će primjena jedne od mogućih manifestacija kromatografske metode implementacije procesa međufazne distribucije na određeni dvofazni sustav.

Predloženo tumačenje koncepta "kromatografije" čini se bitnim za razumijevanje općenitosti kromatografskih metoda odvajanja koje su u osnovi najčešćih kromatografskih metoda analize danas. Zanimanje za kromatografske metode uvjetovano je prvenstveno činjenicom da one teoretski nemaju ograničenja u koeficijentima razdvajanja tvari, ma koliko za njih bile male razlike u koeficijentima raspodjele. To je kvalitativni skok koji dolazi od prijelaza s metoda koje se temelje na jednoj ravnotežnoj distribuciji na kromatografske.

U metodama za odvajanje tvari koje se temelje na razlikama u međufaznoj distribuciji, uvijek postoje ograničenja prijenosa mase. Iz jedne faze u drugu ne može prijeći više tvari nego što proizlazi iz koeficijenta raspodjele, čija vrijednost u pravilu opada s povećanjem količine tvari u faznom sustavu. Prijelaz na višestupanjske i kromatografske metode omogućuje poboljšano odvajanje, ali uvodi još stroža ograničenja na količinu tvari koje se odvajaju. Stoga, za kromatografske metode, neovisnost KD koeficijenta o koncentraciji postaje preduvjet, tj. zahtjev za linearnošću izoterme međufazne distribucije. Stoga je za rješavanje problema koji zahtijevaju povećanje prijenosa mase bez povećanja volumena faze za odvajanje najperspektivnija skupina metoda koja se temelji na induciranom međufaznom prijenosu tvari. Riječ je o procesima u kojima se odvajanje odvija pod utjecajem stalno djelujuće pogonske sile.U općem slučaju shema provedbe takvih procesa uključuje prijenos tvari iz jedne faze u drugu kroz treću fazu koja ih razdvaja, koji je pregrada, opna. Odatle i naziv ove skupine metoda razdvajanja – membranske metode. U konkretnom slučaju, poznati su pokušaji realizacije induciranog prijenosa unutar dvofaznog sustava - proces električne ekstrakcije. Ali budući da metoda nema široku primjenu, a njen mehanizam je opisan unutar jedne od faza opće sheme ekstrakcijsko-membranskog procesa, ne zaslužuje posebno razmatranje.

Klasifikacija po tipu membrane je počast povijesti razvoja membranskih metoda, jer njihova pojava je u većini slučajeva inicirana stvaranjem selektivno propusnih materijala. Tek posljednjih godina postoji trend ciljane potrage za membranama koje zadovoljavaju zahtjeve specifične metode razdvajanja membrana. Na temelju definicije metoda membranske separacije kao procesa naznačenog prijenosa tvari iz jedne faze u drugu kroz treću fazu koja ih razdvaja, njihovim glavnim klasifikacijskim obilježjima smatra se prijestolni sustav faza i pokretačka snaga procesa (tablica 3). Budući da je glavna prednost membranske sheme za izvođenje separacijskog procesa povećanje prijenosa mase tvari kroz separacijsku fazu, membranske metode prirodno spadaju prvenstveno u sferu interesa kemijske tehnologije. Međutim, već je pronađen niz zanimljivih područja primjene membranskih metoda u kemijskoj analizi, ali se u budućnosti ne može isključiti međusobno obogaćujuća razmjena ideja između kemijske tehnologije i analitičke kemije.

Konačno, ostaje mogućnost razdvajanja tvari zbog razlika u svojstvima njihovih iona, atoma ili molekula, koje se očituju unutar jednog homogenog sustava pod utjecajem električnih, magnetskih, gravitacijskih, toplinskih polja ili centrifugalnih sila. Istodobno, nije isključena mogućnost faznih transformacija pri prijenosu početne smjese tvari u stanje agregacije u kojem dolazi do odvajanja ili pri odvajanju frakcija njegovih pojedinačnih komponenti. Učinak razdvajanja postiže se različitim prostornim kretanjem tvari unutar faze u kojoj se odvija njihovo razdvajanje. Razlike u brzini prostornog kretanja iona, atoma ili molekula pojavit će se ovisno o njihovoj masi, veličini, naboju, energiji međudjelovanja čestica s ionima i molekulama koje tvore medij u kojem dolazi do razdvajanja. Relativna uloga određenih čimbenika u postizanju konačnog učinka odvajanja, pak, ovisi o prirodi sila koje na njih djeluju.Najočitiji slučaj je elektroforetska ili, kako se ponekad naziva, elektromigracijska separacija iona u otopinama zbog različite brzine njihova kretanja u električnoj volji. Najvažniji čimbenici ovdje su veličina i naboj iona. Razlike u masi i naboju su najizraženije kada su ionizirane čestice izložene ubrzavajućem električnom polju i okretnom magnetskom polju. Ova metoda utjecaja na sustav je osnova metode odvajanja mase. Kod odvajanja pod utjecajem centrifugalnih sila - ultracentrifugiranja - odlučujući faktor je masa molekula.

Tablica 4. Metode unutarfazne separacije

Agregatno stanje faza u kojima dolazi do razdvajanja Vrsta sila koje uzrokuju prostorno kretanje iona, atoma ili molekula Električno polje Električno i magnetsko polje Centrifugalna sila ili gravitacijsko polje Tekuća elektroforeza (elektromigracija) - ultracentrifugiranje Plinska elektroforeza Razdvajanje mase ultracentrifugiranje

Posljedično, bilo koja od poznatih metoda intrafaznog odvajanja može se karakterizirati agregatnim stanjem faze unutar koje se odvajanje odvija i vrstom sila koje uzrokuju prostorno kretanje iona, atoma ili molekula.

Metode intrafazne separacije općenito karakteriziraju složena hardverska rješenja, a izvedivost njihove primjene u analitičkoj kemiji opravdana je razmjerno mogućnostima koje druge metode nemaju. Najjednostavnija tehnička izvedba je metoda elektroforetskog (elektromigracijskog) odvajanja iona u otopini, koja zadržava određena područja primjene u analitičkoj kemiji. Masena separacija kao separacijska metoda zanimljiva je prvenstveno jer je temelj jedne od široko korištenih metoda kemijske analize – masene spektrometrije. Ovdje je došlo do još većeg spajanja metode odvajanja i metoda konačnog određivanja nego u slučaju kromatografskih metoda analize. Kada se opisuje spektrometrijska metoda mase, obično se niti ne spominje da je to jedna od kombiniranih metoda analize. Složenost opreme i velika potrošnja energije u metodi masovnog odvajanja nadoknađeni su njegovom svestranošću i praktički neograničenim kapacitetom odvajanja.

Opće karakteristike metoda koncentracije

Određivanje mikronečistoća hitan je zadatak zbog povećanih zahtjeva za čistoćom materijala i potrebe analitičkog praćenja okoliša. Za određivanje količina u tragovima koriste se samo metode koje omogućuju detekciju nečistoća težine 10 -7-10-8g, a ponekad i do 10 -14d. Najvažnije su fizikalne metode analize: atomska adsorpcija, neutronska aktivacija, rendgenska fluorescencija i neke druge.

Glavni zadaci pri određivanju makrokomponenti:

1.Korištenje vrlo malih dijelova ili volumena uzorka sa značajnim sadržajem komponenti koje se određuju;

2.Analiza uzoraka velike mase ili volumena za određivanje sadržaja tvari u tragovima.

Za rješavanje prvog problema, uz navedene fizikalne metode analize, prikladne su metode ultramikroanalize, uključujući ultramikrokemijsku analizu. To je skup tehnika za korištenje posebne opreme za rad s ultra-malim količinama otopina. Za rješavanje drugog problema, koncentracija se koristi kao prethodna operacija. To je potrebno u slučajevima kada je potrebno povećati koncentracije mikrokomponenata za naknadnu analizu ili odvojiti tragove komponenti analita od glavne ili drugih mikrokomponenata. Apsolutnom koncentracijom mikrokomponente se prenose iz većeg volumena u manji.

Kao što proizlazi iz definicije, koncentriranje je uvijek povezano s odvajanjem i preraspodjelom tvari u različite faze, stoga se za koncentriranje koriste sve metode prikladne za odvajanje. Najčešće metode navedene su u tablici. 5. pri izboru metode koncentracije voditi se prirodom objekta i njegovim kemijskim sastavom, naknadnom metodom analize, trajanjem svih operacija, dostupnošću sve potrebne opreme i dr.

Tablica 5. Metode koncentracije za analizu tragova

Metoda Značajke i prednosti Nedostaci Ekstrakcija Omogućuje vam koncentriranje nečistoća skupine tvari i pojedinačnih tvari. Metoda je univerzalna, jednostavna za dizajn; Upotreba skupih reagensa; Koprecipitacija Omogućuje koncentraciju tvari; Dugotrajna, manje univerzalna, niske selektivnosti; Kromatografija ionske izmjene; ​​Koristi se za izmjenu glavne komponente smjese za H +(OH -) ili za koncentriranje mikrokomponenata iz velikih volumena otopina. Potpuna separacija postiže se pri niskim vrijednostima koeficijenata raspodjele Selektivnost je niska, mogući su gubici i kontaminacija zbog sorpcijskih procesa, proces je radno intenzivan Destilacija Koristi se za koncentriranje vrlo hlapljivih nečistoća njihovom kondenzacijom na maloj površini. Ne zahtijeva dodatne reagense i otapala. Primjena je ograničena na određene klase tvari.

Kotaloženje kao metoda koncentracije

Nedavno je koprecipitacija, jedna od najučinkovitijih i odavno poznatih metoda za koncentriranje tragova različitih elemenata, postala od posebne važnosti za analitičke svrhe.

Kotaloženje je vrsta distribucije, odnosno distribucije mikrokomponente uzrokovane ispuštanjem ležišta u krutu fazu. Drugim riječima, predstavlja istovremeni prijelaz mikro- u makrokomponente u formirajućoj čvrstoj fazi ležišta. Kotaloženje uključuje hvatanje nečistoća tijekom rasta čestica kolektora (koje se u sustav unose kao novonastale). Tijekom Ostwaldovog zrenja sedimenta, kao i tijekom strukturnog i morfološkog poboljšanja čestica čvrste faze. Kao kolektori koriste se metalni hidroksidi (željezo, aluminij i dr.), sulfidi (CdS, HgS), fosfati (Ca3(PO4)2 i dr.), sulfati (BaSO4 i dr.) i drugi anorganski spojevi.

Postoje dvije široke klase onečišćenja:

Kotaloženje, kada se glavna tvar i nečistoća talože zajedno. Činjenica da se dvije tvari talože istovremeno ne ukazuje na suprecipitaciju. Tako, ako se npr. tragovi berilijevog hidroksida kvantitativno istalože s velikom količinom aluminijevog hidroksida u uvjetima u kojima su oba netopljiva, odnosno iz njihovih zasićenih otopina, tada treba govoriti o sutaloženju, a ne o sutaloženju ( konjugirano taloženje);

Naknadno taloženje je prijelaz nečistoća u sediment ne tijekom njegovog formiranja, već nakon. Prvo se oslobađa čisti glavni talog, a zatim nečistoća. Tipično, naknadno taloženje se događa u prezasićenoj otopini. Tako se tragovi cinka (II), indija pretvaraju u talog nakon dugotrajnog kontakta njihovih otopina s talogom metalnih sulfida.

Kada taloženje uključuje jednu čvrstu fazu, razlikuju se sljedeći slučajevi koprecipitacije:

Stvaranje kemijskog spoja. Ukupni sastav krute faze razlikuje se od sastava svakog od njenih sastojaka, ali lokalni sastav je isti.

Stvaranje čvrste otopine. Promjena bruto sastava krute faze s promjenom koncentracije komponenata u početnoj smjesi ukazuje na nastanak krute otopine. Čvrsta faza koja nastaje ovom vrstom koprecipitacije ponekad se naziva spojem promjenjivog sastava. Stvaranje krutih otopina događa se kao rezultat molekularnih procesa koji se mogu smatrati reakcijama kvazikemijske izmjene ili adicije. Općenitost molekularnog mehanizma nastanka važan je argument u korist kombiniranja svih slučajeva koprecipitacije s nastankom čvrstih otopina u jednu podklasu. Ova se podklasa može podijeliti u dvije vrste ovisno o tome je li čvrsta otopina kristalna ili amorfna. Sutaloženje uz stvaranje kristalne čvrste faze obično se naziva kokristalizacija.

Stvaranje čvrste faze s nečistoćom segregiranom na defektima. Bruto sastav krute faze u ovom slučaju ovisi o sastavu početne smjese, a lokalni sastav nije isti. Postoje dvije vrste segregacije:

A) Tijekom njihovog rasta samo makrokomponente početne smjese ili produkti njihovog međudjelovanja prelaze u volumen čestica sedimenta tijekom njihovog rasta, a mikrokomponentu rastuće čestice guraju u stranu, nakupljajući se u blizini fazne sučelja (episegregacija). Ova vrsta je povezana sa hvatanjem nečistoća površinom rastućih čestica sedimenta;

b) mikrokomponenta je lokalizirana u volumenu čvrste faze (endosegregacija), u blizini dislokacija (endosegregacija dislokacija), na međukristalnim granicama (interkristalna endosegregacija) ili se nalazi unutar izoliranih inkluzija medija maternice (okluzivna endosegregacija).

Kod kotaloženja uz sudjelovanje više čvrstih faza razlikujemo kotaloženje uz sudjelovanje odvojivih i neodvojivih čvrstih faza.

Ako se proces koprecipitacije odvija samo na površini krute faze ili i unutar nje, tada se razlikuju dvije vrste koprecipitacije:

adsorpcija - taloženje nečistoća na površini čestica;

okluzija - taloženje nečistoće unutar primarnih čestica kroz bilo koji mogući mehanizam.

Fenomen koprecipitacije naširoko se koristi u analitičkoj kemiji kao jednostavan i učinkovit način ekstrakcije elemenata u tragovima iz visoko razrijeđenih otopina u kojima se ne postiže umnožak topljivosti taloga.

Zaključak

Metode separacije i koncentracije navikle su promatrati kao nešto što nadopunjuje analitičku kemiju, proširujući njezine mogućnosti, ali ne kao njezin temeljni sržni dio. S druge strane, kao što je već navedeno u uvodu, jedan od dvaju glavnih smjerova u razvoju analitičke kemije a priori je usmjeren na ograničenu kombinaciju metoda za odvajanje i određivanje tvari u objektima analize.

Bibliografija

1.Moskvin L.N., Caritsina L.G. Metode separacije i koncentracije u analitičkoj kemiji. - L., "Kemija", 1991. - 256 str.

2.Skorohod O.R. Kemijska analiza: Osnove metoda koncentriranja i odvajanja tvari. - Mn., "Izdavačka kuća BSU", 1980. - 272 str.

.Posypaiko V.I. i dr. Kemijske metode analize: Udžbenik. priručnik za kemijske tehnologe. sveučilišta / Posypaiko V.I., Kozyreva N.A., Logacheva Yu.P. - M., “Više. škola", 1989. - 448 str.

Slični radovi - Metode separacije i koncentracije u analizi elemenata

Metode separacije i koncentracije koriste se za odvajanje složenih višekomponentnih smjesa, izolaciju komponente analita iz smjese i povećanje koncentracije analizirane komponente u uzorku. Ove metode uključuju: ekstrakciju, separaciju i koncentraciju taloženjem, isparavanjem, pepeljenjem i zonskim taljenjem. Ove metode se ispravnije klasificiraju kao fizikalno-kemijske metode, jer se temelje na takvim svojstvima tvari kao što su topljivost, hlapljivost, taljenje, kristalizacija.

Potreba za odvajanjem i koncentracijom pri provođenju stručnog istraživanja može biti uglavnom uzrokovana sljedećim čimbenicima:

• koncentracija komponente koja se utvrđuje ispod je granice detekcije metode;
• ispitni uzorak sadrži komponente koje ometaju određivanje.

Izvlačenje - postupak ekstrakcije pojedinih komponenti složene smjese pomoću otapala. Kod rada s krutim uzorcima (fino mljeveni prah) koriste se različite topljivosti pojedinih komponenti smjese, a kod ekstrakcije iz otopine različite raspodjele komponenti smjese u dvije tekućine koje se ne miješaju.

Ove metode se naširoko koriste u proučavanju forenzičkih predmeta, kako za preliminarno istraživanje tako i za pripremu za naknadnu analizu takvih predmeta kao što su materijali za pisanje, papir, boje i lakovi, barut, vlakna, identifikacijske oznake, polimerni materijali, droge i lijekovi, nafta proizvoda i goriva i maziva, tla i minerala.

Taloženje. Metode izolacije i koncentriranja taloženjem – temelje se na izolaciji komponenata iz smjese u obliku teško topljivog spoja ili sutaloženju na teško topljivom talogu anorganskog, organskog ili miješanog spoja.

Isparavanje je proces odvajanja i pročišćavanja tvari u kojem tekuća ili kruta tvar zagrijavanjem prelazi u plinovito stanje (isparava iz smjese), a zatim se hlađenjem kondenzira, stvarajući ponovno tekuću ili ponekad krutu fazu.

Postoje metode: destilacija, frakcijsko isparavanje (destilacija), sublimacija.

Destilacija ili jednostavno isparavanje – jednostupanjski proces odvajanja i koncentriranja tvari.

Destilacija ili frakcijsko isparavanje na temelju različite hlapljivosti tvari. Do razdvajanja i koncentriranja komponenti smjese dolazi zbog razlike u njihovim vrelištima i isparavanja pojedinih komponenti na različitim temperaturama u različitim vremenima.

Sublimacija (sublimacija) – To je prijenos tvari iz krutog u plinovito stanje i njegovo naknadno taloženje u krutom obliku (zaobilazeći tekuću fazu). Za sublimaciju mikrokoličina tvari često se koristi metoda “hladnog prsta” u kojoj se komponenta u tragovima kondenzira na ohlađenu šipku smještenu unutar zatvorene posude neposredno iznad zagrijanog uzorka; ako je potrebno, sustav se prazni

Metode pepeljenja– to su koncentracijske metode koje uključuju mineralizaciju objekata analize – organskih i organometalnih spojeva, životinjskih i biljnih materijala, tla za naknadnu elementarnu analizu.

Koriste se za pripremu predmeta za sudsko-tehnička ispitivanja dokumenata, forenzičko-biološka ispitivanja, ispitivanja tvari, materijala i proizvoda od njih, za elementarnu analizu kemijskim i spektralnim metodama. Papir iste vrste moguće je razlikovati po boji ostatka pepela i približnom određivanju vrste punila. Mineralizacija lijekova služi za približno određivanje ljekovite tvari prema vrsti pepelnog ostatka.

Zonsko taljenje je metoda za pročišćavanje krutih tvari otpornih na toplinu, koja se temelji na preraspodjeli komponenti smjese u talini (između rastaljene tekuće i čvrste faze u kontaktu).

Uvjet za korištenje metode zonskog taljenja je toplinska stabilnost tvari na temperaturi taljenja i njezina sposobnost kristalizacije. Odsutnost otapala tijekom procesa pročišćavanja praktički eliminira gubitak tvari, moguć zbog njenog nepotpunog odvajanja od otopine.

Metode elektrokemijske separacije temelje se na izolaciji analita na inertnoj elektrodi u elementarnom stanju ili u obliku netopljivog taloga koji se taloži propuštanjem istosmjerne električne struje kroz analiziranu otopinu.

Teorija i praksa metoda elektrokemijske separacije detaljno su opisane u Pogl. VI.

Trenutno se elektrokemijske metode koriste za razdvajanje spojeva većine kemijskih elemenata i pokazale su se vrlo prikladnim zbog činjenice da ne zahtijevaju uvođenje stranih tvari u analiziranu otopinu. Korištenjem različitih metoda elektrokemijskog taloženja pomoću platinskih ili drugih elektroda i živine katode, kao i unutarnje elektrolize (vidi Poglavlje VI, § 5), moguće je odvojiti katione aluminija, titana, cirkonija, vanadija, urana od kationa kroma , željezo, kobalt, nikal, cink, bakar, srebro, kadmij, germanij, molibden, kositar, bizmut i drugi elementi. Također je moguće odvojiti nečistoće od glavnih komponenti pri analizi obojenih metala, njihovih legura i ruda.

Razdvajanje složene smjese koja se sastoji od različitih elektrolitički taloženih iona postiže se odabirom odgovarajućeg elektrolita ili provođenjem elektrolize uz automatsku kontrolu potencijala elektrode pri kojem se provodi elektrotaloženje.

Taloženje na živinoj katodi. Posebna vrsta! elektrolitička separacija je taloženje na živinoj katodi. U tom se slučaju metali pod utjecajem električne struje oslobađaju na živu stvarajući amalgame. Kao rezultat toga, izolacija i odvajanje mnogih metala događa se brzo i kvantitativno. Neki metali (na primjer, ), koji se ne oslobađaju na čvrstoj katodi, kvantitativno se oslobađaju tijekom elektrolize na živinoj katodi. Međutim, određeni broj metala (na primjer) nije taložen na živinoj katodi.

Elektroliza sa živinom katodom provodi se u posebnim uređajima (slika 95). Da bi se to postiglo, u posudu u kojoj se provodi elektroliza doda se oko 200 g metalne žive, ulije otopina za analizu i elektroliza se provodi pri gustoći struje od oko . Anoda je ojačana na površini otopine. Tijekom procesa elektrolize živa se miješa. Na kraju elektrolize uzorak otopine treba dati negativnu reakciju na izdvojene elemente.

Bez prekidanja struje, otopina se iscijedi iz žive i živa se ispere vodom. Voda za pranje se dodaje glavnoj otopini. Analizira se dobivena otopina bez elemenata izoliranih na živinoj katodi. Ako je potrebno iz žive izdvojiti u njemu taložene metale, amalgam se otapa u kiselinama ili se živa destilira.

Upotrebom živine katode možete odvojiti:

a) aluminij iz željeza, cinka, bakra;

b) titan iz indija, renija, molibdena, germanija;

c) vanadij iz molibdena;

d) spojevi fosfora i arsena iz svih elemenata koji se oslobađaju na živinoj katodi (željezo, cink, kobalt, nikal, krom, srebro, bakar, kadmij, živa, kositar, platina, zlato itd.).

Na primjer, metoda za kvantitativno određivanje aluminija u prisutnosti iona željeza i drugih elemenata, koja se temelji na odvajanju željeza elektrolizom na živinoj katodi, je sljedeća. Prvo se željezo izolira iz otopine sulfata na živinoj katodi; uz željezo se oslobađaju i drugi elementi: cink, krom, nikal, kobalt itd. U otopini ostaju ioni aluminija, berilija, titana, fosfora itd. Zatim se na uobičajeni način određuju ioni aluminija koji se talože. iz filtrata s hidroksikinolinom ili kupferonom amonijakom ili lagano otopinom octene kiseline. Titan se taloži u kiseloj otopini kupferonom.

Elektrokemijske metode mogu se koristiti ne samo za odvajanje i izolaciju elemenata, već i za koncentraciju analita.

Ovakva koncentracija (akumulacija) elementa koji se određuje na nepokretnoj kapi žive odvija se u metodi amalgamske polarografije. Bit metode je da se elektrolizom neko vrijeme na potencijalu granične struje metala koji se određuje koncentrira u obliku amalgama iz razrijeđene otopine na nepokretnu kap žive, koja djeluje kao živa mikroelektroda. Zatim se, pri linearno promjenjivom naponu, snima krivulja anodne otapanja amalgama. U ovom slučaju na polarogramu se dobivaju anodni vrhovi, čiji položaj, potencijalom, karakterizira prirodu tvari, a visina vrha - koncentraciju nečistoće.

Metodu je predložio Barker, a proučavali Shein, Kemulya, A. G. Stromberg, E. N. Vinogradova, L. N. Vasilyeva, S. I. Sinyakova i drugi. Veliku teorijsku i praktičnu vrijednost za amalgamsku polarografiju s preliminarnom koncentracijom (akumulacijom) na stacionarnoj kapi žive predstavlja rad M. T. Kozlovskog na polju istraživanja metalnih amalgama.

Riža. 95. Živina katoda.

Kombinacija elektrokemijske koncentracije elemenata koji se određuju na stacionarnoj kapi žive s naknadnom anodnom polarizacijom dobivenog amalgama omogućuje povećanje osjetljivosti metode za nekoliko redova veličine u usporedbi s konvencionalnom metodom polarografije. Ovo je od velike praktične važnosti za analizu visoko čistih metala, kemijskih reagensa i poluvodičkih materijala.

Postoji nekoliko mogućnosti koncentriranja mikronečistoća pomoću elektrokemijske (polarografske) metode. Njihov opći princip je nakupljanje određenih elemenata prethodnom elektrolizom na nepokretnoj elektrodi.

U svrhu elektrokemijske predkoncentracije razvijene su tehnike amalgamske polarografije za određivanje nečistoća u solima cinka, aluminija, indija, kositra, arsena, galija, urana, kemijski čistim reagensima, biološkim objektima, prehrambenim proizvodima itd.

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja jednostavno je. Koristite obrazac u nastavku

Studenti, diplomanti, mladi znanstvenici koji koriste bazu znanja u svom studiju i radu bit će vam vrlo zahvalni.

1. Metode odvajanja i koncentracije

Opće informacije o odvajanju i koncentraciji

Odvajanje je operacija koja omogućuje međusobno odvajanje komponenti uzorka.

Koristi se ako neke komponente uzorka ometaju određivanje ili detekciju drugih, odnosno kada analitička metoda nije dovoljno selektivna i mora se izbjeći preklapanje analitičkih signala. U tom su slučaju koncentracije izdvojenih tvari obično bliske.

Koncentracija je operacija koja vam omogućuje povećanje koncentracije mikrokomponente u odnosu na glavne komponente uzorka (matrice).

Koristi se ako je koncentracija mikrokomponente manja od granice detekcije Cmin, tj. kada metoda analize nije dovoljno osjetljiva. Međutim, koncentracije komponenti jako variraju. Koncentracija se često kombinira s odvajanjem.

Vrste koncentracije.

1. Apsolutno: mikrokomponenta se prenosi iz velikog volumena ili velike mase uzorka (Vpr ili mpr) u manji volumen ili manju masu koncentrata (Vconc ili mconc). Kao rezultat toga, koncentracija mikrokomponente povećava se n puta:

gdje je n stupanj koncentracije.

Što je manji volumen koncentrata, to je veći stupanj koncentracije. Na primjer, 50 mg kationske smole apsorbiralo je germanij iz 20 L vode iz slavine, zatim je germanij desorbirao 5 ml kiseline. Prema tome, stupanj koncentracije germanija bio je:

2. Relativno (obogaćivanje): mikrokomponenta se odvaja od makrokomponente tako da se omjer njihovih koncentracija povećava. Na primjer, u početnom uzorku omjer koncentracija mikro i makrokomponenata bio je 1:1000, a nakon obogaćivanja 1:10. To se obično postiže djelomičnim uklanjanjem matrice.

Razdvajanje i koncentracija imaju mnogo toga zajedničkog; u te se svrhe koriste iste metode. Vrlo su raznoliki. Zatim će se razmotriti metode separacije i koncentracije koje su od najveće važnosti u analitičkoj kemiji.

Klasifikacija metoda odvajanja i koncentracije

Postoje mnoge klasifikacije metoda odvajanja i koncentracije koje se temelje na različitim karakteristikama. Pogledajmo najvažnije od njih.

1. Klasifikacija prema prirodi procesa data je na sl.

Riža. 1 Klasifikacija metoda odvajanja prema prirodi procesa

Kemijske metode odvajanja i koncentracije temelje se na nastanku kemijske reakcije, koja je popraćena taloženjem produkta i oslobađanjem plina. Na primjer, u organskoj analizi glavna metoda koncentracije je destilacija: tijekom toplinske razgradnje matrica se destilira u obliku CO2, H2O, N2, a metali se mogu odrediti u preostalom pepelu.

Fizikalno-kemijske metode odvajanja i koncentriranja najčešće se temelje na selektivnoj raspodjeli tvari između dviju faza. Na primjer, u petrokemijskoj industriji kromatografija je od najveće važnosti.

Fizikalne metode odvajanja i koncentriranja najčešće se temelje na promjeni agregatnog stanja tvari.

2. Klasifikacija prema fizičkoj prirodi dviju faza. Raspodjela tvari može se provesti između faza koje su u istom ili različitim agregatnim stanjima: plinovito (G), tekuće (L), čvrsto (S). U skladu s tim razlikuju se sljedeće metode (sl.).

Riža. 2 Klasifikacija metoda razdvajanja prema prirodi faza

U analitičkoj kemiji najveće su značenje dobile metode razdvajanja i koncentracije koje se temelje na raspodjeli tvari između tekuće i krute faze.

3. Klasifikacija prema broju elementarnih radnji (faza).

§ Jednostupanjske metode – temeljene na jednoj raspodjeli tvari između dvije faze. Razdvajanje se odvija u statičkim uvjetima.

§ Višestupanjske metode – temelje se na višestrukoj raspodjeli tvari između dvije faze. Postoje dvije skupine višefaznih metoda:

– ponavljanje procesa pojedinačne distribucije (na primjer, ponovljena ekstrakcija). Razdvajanje se odvija u statičkim uvjetima;

– metode koje se temelje na kretanju jedne faze u odnosu na drugu (na primjer, kromatografija). Razdvajanje se odvija u dinamičkim uvjetima

3. Klasifikacija prema vrsti ravnoteže (Sl.).

Riža. 3 Klasifikacija metoda razdvajanja prema vrsti ravnoteže

Metode termodinamičke separacije temelje se na razlikama u ponašanju tvari u ravnotežnom stanju. Oni su od najveće važnosti u analitičkoj kemiji.

Metode kinetičke separacije temelje se na razlikama u ponašanju tvari tijekom procesa koji dovodi do stanja ravnoteže. Na primjer, u biokemijskim istraživanjima elektroforeza je od najveće važnosti. Druge kinetičke metode koriste se za odvajanje čestica koloidnih otopina i otopina spojeva visoke molekulske mase. U analitičkoj kemiji ove se metode rjeđe koriste.

Kromatografske metode temelje se i na termodinamičkoj i na kinetičkoj ravnoteži. Oni su od velike važnosti u analitičkoj kemiji jer omogućuju razdvajanje i istovremenu kvalitativnu i kvantitativnu analizu višekomponentnih smjesa.

Ekstrakcija kao metoda odvajanja i koncentracije

Ekstrakcija je metoda odvajanja i koncentracije koja se temelji na raspodjeli tvari između dvije tekuće faze (najčešće vodene i organske) koje se međusobno ne miješaju.

U svrhu ekstrakcijske separacije stvaraju se uvjeti da jedna komponenta potpuno prijeđe u organsku fazu, a druga ostane u vodenoj fazi. Faze se zatim odvajaju pomoću lijevka za odjeljivanje.

U svrhu apsolutne koncentracije tvar prelazi iz većeg volumena vodene otopine u manji volumen organske faze, čime se povećava koncentracija tvari u organskom ekstraktu.

U svrhu relativne koncentracije stvaraju se uvjeti da mikrokomponenta prijeđe u organsku fazu, a glavnina makrokomponente ostane u vodenoj fazi. Kao rezultat toga, u organskom ekstraktu omjer koncentracija mikro- i makrokomponenata raste u korist mikrokomponente.

Prednosti ekstrakcije:

§ visoka selektivnost;

§ jednostavnost implementacije (potreban je samo lijevak za odjeljivanje);

§ nizak intenzitet rada;

§ brzina (3-5 min);

§ ekstrakcija se vrlo dobro kombinira s metodama naknadnog određivanja, zbog čega je nastao niz važnih hibridnih metoda (ekstrakcijsko-fotometrijske, ekstrakcijsko-spektralne itd.).

Kotaloženje kao metoda separacije i koncentracije

Koprecipitacija je hvatanje mikrokomponente od strane sakupljača sedimenta tijekom njenog formiranja, a mikrokomponenta prelazi u sediment iz nezasićene otopine (PS< ПР).

Kao kolektori koriste se anorganski i organski slabo topljivi spojevi s razvijenom površinom. Razdvajanje faza provodi se filtracijom.

Suprecipitacija se koristi u sljedeće svrhe:

§ koncentracija nečistoća kao vrlo učinkovita i jedna od najvažnijih metoda, koja vam omogućuje povećanje koncentracije za 10-20 tisuća puta;

§ odvajanje nečistoća (rjeđe).

Sorpcija kao metoda separacije i koncentracije

Sorpcija je apsorpcija plinova ili otopljenih tvari krutim ili tekućim sorbentima.

Kao sorbenti koriste se aktivni ugljen, Al2O3, silicij, zeoliti, celuloza, prirodni i sintetski sorbenti s ionogenim i kelatnim skupinama.

Apsorpcija tvari može se odvijati na površini faze (adsorpcija) ili u volumenu faze (apsorpcija). U analitičkoj kemiji adsorpcija se najčešće koristi u svrhu:

§ odvajanje tvari, ako su stvoreni uvjeti za selektivnu apsorpciju;

§ koncentracija (rjeđe).

Osim toga, sorpcija u dinamičkim uvjetima čini osnovu za najvažniju metodu razdvajanja i analize - kromatografiju.

Ionska izmjena

Ionska izmjena je reverzibilni stehiometrijski proces koji se odvija na granici između ionita i otopine elektrolita.

Ionski izmjenjivači su visokomolekularni polielektroliti različite strukture i sastava. koncentracija kemijski sorpcijski plin

Glavno svojstvo ionskih izmjenjivača je da apsorbiraju katione ili anione iz otopine, otpuštajući u otopinu ekvivalentan broj iona istog predznaka naboja.

Proces ionske izmjene opisan je zakonom djelovanja mase:

gdje su A i B ioni u otopini i ioni u fazi ionskog izmjenjivača.

Ovu ravnotežu karakterizira konstanta izmjene (K):

gdje je a aktivnost iona.

Ako je K > 1, tada ion B ima veći afinitet prema ionskom izmjenjivaču; ako K< 1, то ион А обладает бульшим сродством к иониту; если же К? 1, то оба иона одинаково сорбируются ионитом.

Na tijek ionske izmjene utječu sljedeći čimbenici:

1) prirodu ionskog izmjenjivača;

2) priroda iona: što je veći omjer naboja iona prema polumjeru hidratiziranog iona (z/r), to je veći afinitet za ionski izmjenjivač;

3) svojstva rješenja:

§ pH vrijednost (vidi sljedeće odjeljke);

§ koncentracija iona: iz razrijeđenih otopina ionski izmjenjivač sorbira ione s većim nabojem, a iz koncentriranih otopina - s manjim;

§ ionska jakost otopine: što je m manji, ioni se bolje sorbiraju.

Vrste ionskih izmjenjivača

Postoji veliki broj različitih ionskih izmjenjivača. Klasificiraju se prema podrijetlu i predznaku naboja iona koji se izmjenjuju.

Ovisno o podrijetlu razlikuju se dvije skupine
ionski izmjenjivači:

1. Prirodni izmjenjivači iona:

§ anorganske (gline, zeoliti, apatiti);

§ organski (celuloza).

2. Sintetski ionski izmjenjivači:

§ anorganski (permutiti);

§ organski (materijali visoke molekularne težine).

U analitičkoj kemiji najčešće se koriste sintetski organski ionski izmjenjivači.

Ovisno o predznaku naboja iona koji se izmjenjuju, ionski izmjenjivači se nazivaju:

1. Kationski izmjenjivači - izmjenjuju katione, sadrže kiselinske skupine:

§ -SO3H (jaki kiselinski kationski izmjenjivači, izmjena se odvija u širokom rasponu pH vrijednosti);

§ -PO3H2 (srednje kiseli kationski izmjenjivači, izmjena se odvija pri pH > 4);

§ -COOH, -OH (kationski izmjenjivači slabe kiseline, izmjena se odvija pri pH > 5).

2. Anionski izmjenjivači - izmjenjivački anioni, sadrže osnovne skupine:

§ kvaterne alkilamonijeve skupine (visoko bazični anionski izmjenjivači, izmjena se odvija u širokom rasponu pH vrijednosti);

§ amino i imino skupine (srednje i nisko bazični anionski izmjenjivači, izmjena se odvija pri pH< 8-9).

3. Amfoliti - izmjenjuju i katione i anione ovisno o uvjetima. Imaju obje vrste skupina - kiselu i bazičnu.

Struktura sintetskih organskih ionskih izmjenjivača. Reakcije ionske izmjene

Sintetski organski ionski izmjenjivači imaju trodimenzionalnu lančanu strukturu. Sastoje se od matrice velike molekularne težine (HM) u kojoj su fiksirane ionogene skupine.

Na primjer, za visoko bazični anionski izmjenjivač u obliku klorida R-N(CH3)3Cl

Sastav ionskog izmjenjivača

Matrica je obično kopolimer stirena i divinilbenzena (DVB), koji je sredstvo za umrežavanje: svaka od njegovih molekula, poput mosta, povezuje 2 susjedna linearna polistirenska lanca.

U ionskoj izmjeni sudjeluju pokretni ioni niske molekulske mase (LM) koji su dio ionogenih skupina.

Na primjer, reakcija kationske izmjene koja uključuje jako kiseli kationski izmjenjivač u obliku vodika piše se na sljedeći način:

i reakcija anionske izmjene koja uključuje visoko bazni anionski izmjenjivač u obliku klorida

Osnovna fizikalna i kemijska svojstva ionskih izmjenjivača

Ioniti kao materijali imaju mnoga fizikalno-kemijska i fizikalno-mehanička svojstva. Od ovih, tri glavne fizikalne i kemijske karakteristike su od najveće važnosti za analitičkog kemičara - vlaga, bubrenje i sposobnost izmjene.

Vlažnost (W, %) karakterizira sposobnost ionskog izmjenjivača da apsorbira vlagu iz zraka. Može se izračunati na temelju eksperimentalnih podataka:

gdje su mo i m masa ionskog izmjenjivača prije i poslije sušenja.

Tipično, vlažnost ionskih izmjenjivača je u rasponu od 10-15%.

Bubrenje karakterizira stupanj povećanja volumena ionskog izmjenjivača nakon kontakta s vodom ili drugim otapalom. Količina bubrenja ovisi o stupnju poprečnog povezivanja matrice ionskog izmjenjivača visoke molekularne težine (% ​​DVB). Zbog bubrenja dolazi do brze izmjene iona. Razlog bubrenja je prisutnost polarnih ionogenih skupina sposobnih za hidrataciju ili solvataciju. Kapacitet izmjene (EC) je najvažnija kvantitativna karakteristika ionskog izmjenjivača. Karakterizira sposobnost ionskog izmjenjivača za ionsku izmjenu. Ukupni kapacitet izmjene (TEC) danog ionskog izmjenjivača konstantna je vrijednost i određen je brojem fiksnih iona u matrici ionskog izmjenjivača. Ovisi o sljedećim čimbenicima: prirodi ionskog izmjenjivača;

§ pH vrijednost otopine;

§ uvjeti definiranja (statički ili dinamički);

§ priroda izmijenjenog iona;

§ ionski radijus (efekt sita).

Kapacitet masene izmjene pokazuje koliko milimola ekvivalenata iona - n(1/z iona) - može zamijeniti 1 gram suhog ionskog izmjenjivača. Izračunava se pomoću formule:

Volumetrijski kapacitet izmjene pokazuje koliko milimola ekvivalenata iona - n(1/z iona) - može zamijeniti 1 mililitar nabubrelog ionskog izmjenjivača. Izračunava se pomoću formule:

Ovisno o uvjetima određivanja, razlikuje se statički (SOE) i dinamički (DOE) kapacitet razmjene, a što je sa SOE? DOE.

Vrste dinamičkog kapaciteta razmjene:

§ prije proboja apsorbiranog iona, ili radni (DOE), pokazuje koliko iona može apsorbirati ionski izmjenjivač prije nego što se pojave u eluatu (proboj);

§ ukupno (PDOE) - pokazuje koliko iona može apsorbirati ionski izmjenjivač do potpunog zasićenja ionogenih skupina u danim uvjetima.

Razlika između vrijednosti DOE i PDOE prikazana je na slici:

Objavljeno na http://www.allbest.ru/

Riža. 4 Ukupni dinamički kapacitet izmjene (TDEC) i kapacitet prije proboja (DEC)

Primjena ionskih izmjenjivača u analitičkoj kemiji

Ionski izmjenjivači se koriste za rješavanje sljedećih problema u analitičkoj praksi.

§ Razdvajanje tvari. Ionska izmjena je prikladna i učinkovita metoda za odvajanje tvari. Na primjer, uz njegovu pomoć moguće je odvojiti čak i elemente sličnih kemijskih svojstava, poput lantanida.

§ Koncentracija tvari. Prvo, veliki volumen razrijeđene otopine prolazi kroz kolonu koja sadrži smolu za ionsku izmjenu. Nakon toga, sorbirani ioni se isperu iz kolone minimalnom količinom prikladnog eluensa.

§ Određivanje "nezgodnih" kationa i aniona. Često je potrebno analizirati sadržaj takozvanih “nezgodnih” iona. Takvi ioni nemaju kemijska analitička svojstva koja bi omogućila njihovo jednostavno određivanje kemijskim ili instrumentalnim metodama analize. Od kationa tu spadaju ioni alkalnih metala (Na+, K+ itd.), od aniona - , itd. Određivanje “nezgodnih” kationa temelji se na propuštanju uzorka kroz kolonu s kationskim izmjenjivačem u obliku vodika i naknadna titracija s alkalijom:

Određivanje "nezgodnih" aniona temelji se na prethodnom propuštanju uzorka kroz kolonu s anionskim izmjenjivačem u obliku hidroksida i naknadnoj titraciji oslobođene lužine s kiselinom:

§ Dobivanje deionizirane vode. Voda se uzastopno propušta kroz kolonu s kationskom izmjenjivačkom smolom u vodikovom obliku, zatim kroz kolonu s anionskom izmjenjivačkom smolom u hidroksidnom obliku. Kao rezultat, svi kationi i anioni se zadržavaju ionskim izmjenjivačima i dobiva se voda koja ne sadrži ione.

Kromatografske metode analize

Kromatografsku metodu analize prvi je upotrijebio ruski botaničar M. S. Tsvet za analizu klorofila. Naziv metode dolazi od grčke riječi "chromatos" - boja, iako metoda omogućuje odvajanje bilo kojih spojeva, uključujući neobojene.

Trenutno je kromatografija jedna od metoda analize koja najviše obećava. Široko se koristi u raznim industrijama i znanstvenim istraživanjima za analizu smjesa plinovitih, tekućih i krutih tvari.

U petrokemijskoj i plinskoj industriji kromatografija čini 90% svih provedenih analiza. Plinska kromatografija se koristi u biologiji i medicini, tehnologiji prerade drva, šumarskoj kemiji i prehrambenoj industriji i drugim područjima. Oko 30% analiza stanja okoliša (onečišćenje zraka, analiza otpadnih voda i dr.) provodi se metodama plinske kromatografije.

Bit kromatografskih metoda analize

Kromatografija je dinamička metoda za odvajanje i određivanje tvari, koja se temelji na višestrukoj raspodjeli komponenata između dviju faza – pokretne i nepokretne.

Tvar ulazi u sloj sorbenta zajedno s protokom mobilne faze. U tom slučaju tvar se sorbira, a zatim se, nakon kontakta sa svježim dijelovima mobilne faze, desorbira. Kretanje mobilne faze događa se kontinuirano, pa se sorpcija i desorpcija tvari odvija kontinuirano. U ovom slučaju dio tvari je u stacionarnoj fazi u sorbiranom stanju, a dio je u mobilnoj fazi i kreće se s njom. Zbog toga je brzina gibanja tvari manja od brzine gibanja mobilne faze. Što se tvar više apsorbira, to se sporije kreće.

Ako se kromatografira smjesa tvari, tada je brzina kretanja svake od njih različita zbog različitih afiniteta prema sorbensu, zbog čega dolazi do razdvajanja tvari: neke komponente kasne na početku puta, druge se kreću unaprijediti.

Klasifikacija kromatografskih metoda analize

Kromatografske metode analize toliko su raznolike da ne postoji njihova jedinstvena klasifikacija. Najčešće se koristi nekoliko klasifikacija koje se temelje na sljedećim karakteristikama:

§ agregatno stanje mobilne i stacionarne faze;

§ mehanizam interakcije tvari s sorbensom;

§ tehnika analize (način projektiranja procesa);

§ metoda kromatografije (metoda kretanja tvari kroz kolonu);

§ svrha kromatografije.

Ovisno o agregacijskom stanju faza, razlikujemo plinsku kromatografiju (mobilna faza - plin ili para) i tekućinsku kromatografiju (mobilna faza - tekućina).

Prema mehanizmu interakcije tvari s sorbentom razlikuju se sljedeće vrste kromatografije: adsorpcija, distribucija, ionska izmjena, sedimentacija, redoks, kompleksiranje itd.

U ovisnosti iz put registracija postupak razlikovati stupastog I ravninski kromatografija. U stupastog kromatografija postupak odvajanje voditi V stupci, ispunjena sorbent. Planarno kromatografija uključuje V sebe dva sorte: kromatografija na papir I tanki sloj kromatografija na zapisa.

U ovisnosti iz put kromatografija razlikovati slijedeći vrste kromatografija:

§ eluens (u razvoju) kromatografija;

§ represivni kromatografija;

§ frontalni kromatografija.

Češće Općenito se koristi metoda razvijanja kromatografije. Sastoji se od uvođenja u kontinuirani tok mobilne faze (eluenta) mješavine tvari koje se sorbiraju bolje od eluensa. Dok se eluent kreće kroz kolonu sa sorbiranim tvarima, one se kreću duž sloja sorbenta različitim brzinama i na kraju ga napuštaju u odvojenim zonama odvojenim eluensom.

Prema namjeni kromatografskog postupka razlikuju se: analitička kromatografija - samostalna metoda odvajanja, kvalitativne i kvantitativne analize tvari; preparativna kromatografija za izolaciju čistih tvari iz smjese.

Plinska kromatografija

Metoda plinske kromatografije postala je najraširenija jer su teorija i oprema za nju najpotpunije razvijeni.

Plinska kromatografija je hibridna metoda koja omogućuje istovremeno odvajanje i određivanje komponenata smjese.

Kao pokretna faza (plin nosilac) koriste se plinovi, njihove smjese ili spojevi koji su u uvjetima razdvajanja u plinovitom ili parovitom stanju.

Kao stacionarna faza koriste se čvrsti sorbenti (plinska adsorpcijska kromatografija) ili tekućina nanesena u tankom sloju na površinu inertnog nosača (plinsko-tekućinska kromatografija).

Prednosti analitičke plinske kromatografije:

§ sposobnost identifikacije i kvantifikacije pojedinih komponenti složenih smjesa;

§ visoka jasnoća razdvajanja i izražajnost;

§ sposobnost proučavanja mikrouzoraka i automatskog bilježenja rezultata;

§ sposobnost analize širokog spektra objekata - od lakih plinova do visokomolekularnih organskih spojeva;

Glavni teorijski pristupi

Zadatak teorije kromatografije je utvrditi zakonitosti gibanja i zamućenja kromatografskih zona. Najčešće se za to koriste sljedeći pristupi:

§ teorija teoretskih ploča;

§ kinetička teorija.

Teorija teoretskih ploča temelji se na pretpostavci da je stup podijeljen na male dijelove - ploče. To su uski slojevi stupca u kojima se uspostavlja ravnoteža u raspodjeli tvari između pokretne i nepokretne faze.

Kinetička teorija povezuje učinkovitost separacije s procesima difuzije tvari u stupcu zbog kretanja toka plina nositelja. Kada se tvar kreće duž stupca, ona je ili u mobilnoj fazi ili u stacionarnoj fazi, tj. proces kromatografije je stupnjevit. Vrijeme koje tvar provede u obje faze određuje brzinu njezina kretanja kroz stupac.

Parametri kromatografskih vrhova

Riža. 5 Kromatogram smjese triju tvari

1. Vrijeme zadržavanja (tR) je vrijeme od trenutka unošenja analiziranog uzorka do bilježenja maksimuma kromatografskog vrha. Ovisi o prirodi tvari i kvalitativna je karakteristika.

2. Visina (h) ili površina (S) vrha

S = ½ h. (4)

Visina i površina vrha ovise o količini tvari i kvantitativne su karakteristike.

Vrijeme zadržavanja sastoji se od dvije komponente - vremena zadržavanja tvari u mobilnoj fazi (tm) i vremena zadržavanja u stacionarnoj fazi (ts):

Shematski prikaz plinskog kromatografa i namjena glavnih komponenti

Uređaj za ubrizgavanje uzorka 3 omogućuje da se određena količina analizirane smjese u plinovitom stanju uvede u protok plina nosača neposredno prije kolone. Sadrži isparivač i uređaj za doziranje.

Protok plina nosača uvodi analizirani uzorak u kolonu 5, gdje se smjesa razdvaja na pojedinačne komponente.

Riža. 6 Blok shema plinskog kromatografa: 1 - cilindar s plinom nositeljem; 2 - jedinica za pripremu plina; 3 - uređaj za ubrizgavanje uzorka; 4 - termostat; 5 - kromatografska kolona; 6 - detektor; 7 - pojačalo; 8 - rekorder

Potonji se, u mješavini s plinom nositeljem, dovode do detektora 6, koji pretvara odgovarajuće promjene fizikalnih ili fizikalno-kemijskih svojstava smjese komponenata - plina nositelja u usporedbi s čistim plinom nositeljem u električni signal. Detektor s pripadajućim napajanjem čini sustav detekcije.

Potrebni temperaturni uvjeti isparivača, kolone i detektora postižu se njihovim postavljanjem u odgovarajuće termostate 4, kojima upravlja termostat. Ako je potrebno povećati temperaturu kolone tijekom analize, upotrijebite temperaturni programator. Termostati i termostat s programatorom čine termostatski sustav koji uključuje i uređaj za mjerenje temperature.

Signal detektora, pretvoren pomoću pojačala 7, bilježi se u obliku kromatograma pomoću snimača 8.

Često je u sklop uključen elektronički integrator ili računalo za obradu podataka.

Uvjeti za kromatografsku analizu

Pri provođenju kromatografske analize potrebno je odabrati optimalne uvjete za odvajanje analiziranih komponenti. U pravilu se pri određivanju rukovode literaturnim podacima. Na temelju njih eksperimentalno se odabiru:

§ stacionarna faza u plin-tekućini ili adsorbent u plinskoj adsorpcijskoj kromatografiji;

§ čvrsti inertni nosač u plinsko-tekućinskoj kromatografiji;

§ plin nosač;

§ potrošnja plina nosača;

§ volumen uzorka;

§ temperatura kolone.

Kvalitativna analiza

Osnovne metode identifikacije tvari:

1. Metoda oznake

Prva verzija metode temelji se na činjenici da se, pod istim uvjetima, eksperimentalno određuju i uspoređuju vremena zadržavanja referentne (označene) i analitske tvari. Jednakost parametara zadržavanja omogućuje identifikaciju tvari.

Druga inačica metode označavanja je da se referentna komponenta (oznaka), čija se prisutnost pretpostavlja u smjesi, uvodi u smjesu koja se analizira. Povećanje visine odgovarajućeg pika u usporedbi s visinom pika prije dodavanja aditiva ukazuje na prisutnost ovog spoja u smjesi.

2. Korištenje literaturnih vrijednosti parametara zadržavanja.

Kvantitativna analiza

Kvantitativna analiza temelji se na ovisnosti površine pika o količini tvari (u nekim slučajevima koristi se visina pika).

Postoje različiti načini za određivanje površine vrha:

§ prema formuli, kao površina trokuta;

§ pomoću planimetra;

§ vaganje izrezanih pikova (pikovi u kromatogramu se kopiraju na jednolični papir, izrezuju i važu);

§ korištenje elektroničkog integratora;

§ pomoću računala.

Točnost kvantitativne kromatografske analize uvelike je određena izborom najracionalnije metode za izračunavanje koncentracije tvari. Glavne metode su:

§ metoda apsolutne kalibracije,

§ metoda interne normalizacije,

§ metoda internog standarda.

Metoda apsolutne kalibracije

Bit metode je da se poznate količine standardne tvari unesu u kromatografsku kolonu i odrede površine pikova.

Na temelju dobivenih podataka izrađuje se kalibracijski grafikon. Zatim se analizirana smjesa kromatografira i prema grafu se odredi sadržaj ove komponente.

Za izračun ovih koeficijenata određuju se površine vrhova najmanje 10 standardnih smjesa s različitim sadržajem dane tvari i. Zatim upotrijebite formulu.

ki = shi q / (S 100),

gdje je ki apsolutni faktor korekcije i-te tvari; ui sadržaj i-te komponente u standardnoj smjesi (%); S - područje vrha;

q je veličina uzorka (volumen, cm3 - za plinove, μL - za tekućine ili masa, μg - za tekućine i čvrste tvari).

Tako dobiveni koeficijenti se usrednjuju. Zatim se ispitivana smjesa analizira i rezultat se izračunava pomoću formule

shi = ki S 100/q.

Metoda apsolutne kalibracije prilično je jednostavna, ali nužni uvjeti za njezinu primjenu su točnost i ponovljivost doziranja uzorka, strogo pridržavanje konstantnosti parametara kromatografskog načina rada pri kalibraciji uređaja i pri određivanju sadržaja kromatografirane tvari.

Metoda apsolutne kalibracije posebno se rabi pri određivanju jedne ili više komponenti smjese, posebice pri uporabi kromatografa za reguliranje načina tehnološkog procesa na temelju sadržaja jedne ili malog broja tvari u proizvodima. Ova metoda je glavna za određivanje nečistoća u tragovima.

Relativni faktori korekcije

Zbog niske točnosti doziranja uzorka, razvijen je niz metoda u kojima se veličina uzorka ne koristi u izračunima. Ove metode koriste relativne faktore korekcije. Oni uzimaju u obzir razlike u osjetljivosti korištenog detektora na komponente analiziranog uzorka i malo ovise o parametrima procesa. Oni se nalaze unaprijed za svaku komponentu uzorka.

Za određivanje relativnih korekcijskih (kalibracijskih) koeficijenata priprema se niz binarnih smjesa poznatog sastava i na temelju dobivenih kromatograma provode se izračuni pomoću formule

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

Možete koristiti kalibracijske smjese od većeg broja tvari, međutim, točnost određivanja može se smanjiti.

Relativni faktori korekcije koriste se u metodama interne normalizacije, internog standarda itd.

Metoda interne normalizacije

Bit metode je da se zbroj površina vrhova svih komponenti smjese uzima kao 100%.

Nužan uvjet za korištenje metode je registracija svih komponenti (kromatogram sadrži odvojene vrhove svih komponenti smjese).

Koncentracija i-te komponente izračunava se pomoću formule

i = ki Si 100/ U(ki Si).

Pri izračunavanju faktora korekcije pomoću formule (4) za ovu metodu, jedan od spojeva uključenih u smjesu koja se proučava može se odabrati kao standard. Kalibracijski faktor za standardnu ​​tvar jednak je 1.

Metoda internog standarda

Bit metode je da se određena količina standardne tvari (usporedne tvari) unosi u analiziranu smjesu.

i = ki Si 100 r/Sst..

gdje je ki relativni faktor korekcije i-te komponente, izračunat prema formuli (4); Si i sv. - površine vrhova i-te komponente i internog standarda; r je omjer mase internog standarda i mase analizirane smjese (bez standarda): r = mst./mm smjese.

Zahtjevi za tvar koja se koristi kao interni standard:

§ ne smije biti dio smjese koja se ispituje;

§ mora biti inertan u odnosu na komponente smjese koja se analizira i potpuno se miješati s njima;

§ Vrh standarda mora biti dobro razdvojen i smješten u neposrednoj blizini vrhova spojeva koji se određuju.

Interni standard odabire se među spojevima koji su po strukturi i fizikalno-kemijskim svojstvima slični komponentama smjese koja se analizira. Relativni korekcijski faktori za komponente smjese određuju se u odnosu na interni standard.

Metoda se koristi kako kada su sve komponente analizirane smjese zabilježene na kromatogramu, tako i u slučaju nepotpuno identificiranih smjesa. Glavna poteškoća leži u odabiru i preciznom doziranju standardne tvari.

Objavljeno na Allbest.ru

Slični dokumenti

Analiza metoda razdvajanja tvari kao skupa njima svojstvenih kemijskih i fizikalnih procesa i metoda njihove provedbe: ekstrakcija, membrana, intrafaza. Koprecipitacija je metoda koncentriranja tragova različitih elemenata.

kolegij, dodan 16.10.2011


Opći pristupi sintezi shema tehnološkog razdvajanja. Multivarijantna organizacija procesa tehnološke separacije. Metode sinteze shema tehnološke separacije. Integralno-hipotetička metoda. Proizvodi razdvajanja. Klorobenzen i diklorbenzeni.

diplomski rad, dodan 01.04.2009


Metode kvalitativne analize tvari. Magnetska separacija željeza i sumpora i sinteza željeznog sulfida. Flotacija, filtracija i isparavanje smjesa. Primjena kromatografije kao metode odvajanja i pročišćavanja tvari. Fizikalne i kemijske metode analize.

sažetak, dodan 15.02.2016


Opći pristupi sintezi shema tehnološkog razdvajanja. Multivarijantna organizacija procesa tehnološke separacije. Kriteriji optimizacije. Metode sinteze shema tehnološke separacije. Metode sinteze temeljene na heurističkim pravilima.

diplomski rad, dodan 01.04.2009


Fizikalno-kemijska svojstva kobalta. Složeni spojevi cinka. Proučavanje sorpcijske koncentracije Co u prisutnosti cinka iz otopina klorida u opremi ionskog izmjenjivača. Tehnički rezultat koji je postignut u provedbi izuma.

sažetak, dodan 14.10.2014


Sorbenti imobilizirani tvarima su nova klasa učinkovitih sorbenata. 8-hidroksikinolin i njegova analitička primjena. Kelatni sorbenti s 8-hidroksikinolinskim skupinama. Istraživanje koncentracije Cu na anionskom izmjenjivaču AV-17 i njegovi rezultati.

kolegij, dodan 27.09.2010


Kromatografsku metodu za odvajanje i analizu složenih smjesa otkrio je ruski botaničar M.S. Boja. Kromatografija je opetovano ponavljanje činova sorpcije i desorpcije tvari dok se ona kreće u toku mobilne faze duž nepokretnog sorbenta.

kolegij, dodan 13.03.2011


Metode razdvajanja azeotropnih i zeotropnih smjesa. Azeotropna i heteroazeotropna rektifikacija. Ekstraktivno ispravljanje. Metode sinteze shema tehnološke separacije. Neka svojstva, toksični učinci, priprema i uporaba komponenti.

diplomski rad, dodan 01.04.2009


Jednadžba kemijske reakcije elektron-ionskom metodom. Određivanje potencijala oksidatora i reduktora, smjera procesa, termodinamičkih karakteristika H, ​​S, G. Elektronička formula elemenata s 2 i 4 kvantna broja.

kolegij, dodan 25.11.2009


Toplinski učinak kemijske reakcije ili promjena entalpije sustava uslijed odvijanja kemijske reakcije. Utjecaj vanjskih uvjeta na kemijsku ravnotežu. Utjecaj tlaka, koncentracije i temperature na položaj ravnoteže. Vrste kemijskih veza.