Métodos químicos físicos de separación y concentración de elementos. Métodos de separación y concentración.

La separación es una operación que le permite separar los componentes de la muestra entre sí. Se utiliza si algunos componentes de muestra interfieren con la definición o detección de otros, es decir, cuando el método de análisis no es lo suficientemente selectivo y es necesario evitar la imposición de señales analíticas. Al mismo tiempo, la concentración de sustancias separables suele ser cercana.

La concentración es una operación que le permite aumentar la concentración de microcomponentes en relación con los componentes principales de la muestra (matriz). Se utiliza si la concentración de microcomponentes es menor que el límite de la detección del CMIN, es decir, cuando el método de análisis no es lo suficientemente sensible. En este caso, las concentraciones de componentes difieren en gran medida. A menudo se combina la concentración con la separación.

La separación y la concentración tienen mucho en común, se utilizan los mismos métodos para estos fines. Son muy diversos.

Hay muchas clasificaciones de los métodos de separación y concentración basados \u200b\u200ben diferentes signos.

a) Clasificación por naturaleza del proceso.

Las separación química y los métodos de concentración se basan en el flujo. reacción químicaque se acompaña de la precipitación del producto, liberación de gas.

Fisico- métodos químicos La separación y la concentración se basan con mayor frecuencia en la distribución selectiva de la sustancia entre las dos fases.

Los métodos físicos de separación y concentración se basan con mayor frecuencia en el cambio en el estado agregado de la sustancia.

b) Clasificación de la naturaleza física de dos fases.

La distribución de la sustancia se puede llevar a cabo entre las fases, que se encuentran en el mismo estado agregado o diferente: gaseoso (g), líquido (g), sólido (t).

c) Clasificación por el número de actos elementales (PASOS)

Los métodos de una sola etapa se basan en una sola distribución de la sustancia entre las dos fases. La separación pasa en condiciones estáticas.

Los métodos de múltiples etapas se basan en una distribución múltiple de la sustancia entre las dos fases. Hay dos grupos de métodos múltiples: con la repetición del proceso de distribución de una sola vez, métodos basados \u200b\u200ben el movimiento de una fase relativa a la otra.

d) una clasificación de equilibrio

Los métodos de separación termodinámica se basan en las diferencias en el comportamiento de las sustancias en el estado de equilibrio. Ellos tienen el mayor valor En química analítica.

Los métodos de separación cinética se basan en las diferencias en el comportamiento de las sustancias durante el proceso que conduce a un estado de equilibrio. Por ejemplo, la electroforesis tiene la mayor importancia en los estudios bioquímicos. Los métodos cinéticos restantes se utilizan para separar las partículas de soluciones coloidales y soluciones de altos compuestos moleculares. En la química analítica, estos métodos se aplican con menos frecuencia.

Los métodos cromatográficos se basan en la termodinámica y en el equilibrio cinético. Son de gran importancia en la química analítica, porque permiten llevar a cabo la separación y, al mismo tiempo, de alta calidad y análisis cuantitativo Mezclas multicomponentes.

Intercambio iónico

El intercambio de iones es un proceso estequiométrico reversible, que se produce en el borde de la sección de la sección de fase: la solución de electrolito.

Los ionitos son polyelectrolitos de alto peso molecular. diversión y la composición. La propiedad principal de los ionitas es que se absorben de la solución de cationes o aniones, destacando el número equivalente de los iones del mismo signo de carga en la solución.

Métodos cromatográficos de análisis.

La cromatografía es un método dinámico de separación y determinación de sustancias basadas en la distribución múltiple de los componentes entre las dos fases, móviles y fijas. La sustancia entra en la capa sorbente junto con el flujo de la fase móvil. En este caso, la sustancia está sorprendida, y luego con contacto con porciones frescas de la fase móvil, está desorbida. El movimiento de la fase móvil es continuamente, por lo tanto, la sorción y la desorción de la sustancia ocurren continuamente. En este caso, parte de la sustancia está en la fase fija en el estado de sorbed, y la parte está en la fase móvil y se mueve con él. Como resultado, la tasa de movimiento de la sustancia resulta ser menor que la velocidad del movimiento de la fase móvil. Cuanto más fuerte, la sustancia es sorbed, la más lenta se mueve. Si una mezcla de sustancias se cromatografía, entonces la velocidad de movimiento de cada uno de ellos es diferente debido a una afinidad diferente por el sorbente, como resultado de lo cual las sustancias están separadas: algunos componentes se retrasan al comienzo del camino, otros se están moviendo

Dependiendo del estado agregado de las fases, la cromatografía de gases se distingue (fase móvil: gas o vapor) y cromatografía líquida (fase móvil - líquido).

De acuerdo con el mecanismo de la interacción de la sustancia con el sorbido, se distinguen los siguientes tipos de cromatografía: adsorción, distribución, intercambio iónico, sedimentario, redox, complejación, etc.

El método de cromatografía de gas fue más común, ya que la teoría y el diseño de hardware están más desarrollados. La cromatografía de gases es un método híbrido que permite la separación y la determinación de los componentes de la mezcla al mismo tiempo. Como fase móvil (portador de gas), se utilizan gases, mezclas o compuestos ubicados en condiciones de separación en un estado gaseoso o en forma de vapor. Como fase fija, se utilizan sorbentes sólidos o líquidos aplicados por una capa delgada en la superficie de los medios inertes.

En la práctica del análisis químico, a menudo hay situaciones en las que otros componentes presentes en la muestra analizada se evitan de una determinación confiable y precisa del componente, incluidos los componentes principales de la matriz de muestra. Eliminar el efecto de lanzar componentes de dos maneras. El primer método llamado enmascaramiento Es para traducir el componente interferente en una forma analítica inactiva. Esta operación se puede realizar directamente en el sistema analítico, y los componentes interferentes permanecen en el mismo sistema.

Esta recepción no siempre es posible implementar, especialmente cuando se analizan las mezclas multicomponentes. En este caso, se usa el segundo método: la separación de componentes y (o) concentración del componente del componente. La concentración del componente determinado también se aplica si su contenido en el sistema analizado se produce por debajo del límite de detección del método analítico seleccionado. Las operaciones de separación y concentración a menudo se combinan.

Separación - Esta es una operación (proceso), como resultado de lo cual los componentes que constituyen la mezcla inicial se separan unos de otros.

Concentración - Operación (proceso), como resultado de lo cual la relación de la concentración o el número de microcomponentes aumenta a la concentración o la cantidad de macrospacio.

Al concentrarse, los microcomponentes se recogen en un volumen o masa más pequeños ( concentración absoluta), ya sea separado del macrocomponente para que la proporción de la concentración de microcomponente a la concentración del macrocomponente aumente ( concentración relativa). Un ejemplo de concentración absoluta puede ser la evaporación de la muestra al analizar las aguas naturales.

Distinguir grupo y individual Separación y concentración. Con un grupo para una recepción, se distinguen varios componentes, con individuo, uno.

Muchos métodos de separación y concentración se basan en la diferencia en la distribución de sustancias entre las dos fases. En este caso, el proceso incluye dos etapas: el primero, el contacto de las fases y el establecimiento de equilibrio entre ellos y la segunda es la separación de las fases.

Los métodos de separación se clasifican:

a) por la naturaleza de los procesos de separación;
b) el estado agregado de las fases de contacto;
c) La naturaleza de los procesos de separación.

La más común es la clasificación de la naturaleza de los procesos de división: físico-químico (precipitación y coexpensión, extracción, sorción, métodos electroquímicos, etc.) y física (evaporación, fusión de la zona, cristalización direccional, etc.). Al mismo tiempo, para cada esfera de ciencia o tecnología, en la que se usa el análisis químico se caracteriza por su conjunto de métodos de separación y concentración. Por ejemplo, al analizar el desperdicio y el agua natural. sustancias orgánicas Si es necesario, los métodos de sorción se usan generalmente, evaporación de la fracción, la separación de sustancias orgánicas volátiles mediante evaporación, extracción y métodos de separación cromatográfica.

Durante la separación, son posibles las siguientes combinaciones de fases de contacto: gas - líquido, gas - sólido, Líquido - Líquido, Líquido - Sólido. La separación puede llevarse a cabo mediante métodos estáticos (etapas de una etapa), dinámica o cromatográfica (múltiple).

Al describir la separación y la concentración, se utilizan las siguientes características cuantitativas:

El coeficiente de distribución entre las fases de contacto.

donde C, y C ", la concentración del componente en la primera y la segunda fases, respectivamente;

Grado de extracción

Coeficiente de separación

Coeficiente de concentración

donde q 0 y Q ° M. - la cantidad del componente determinado y la matriz en la muestra al proceso de separación y (o) concentración; P. y Q M. - Cantidades del componente y matriz en el sistema analizado después del proceso de separación y (o) concentración.

Actualmente, el llamado híbrido y métodos combinadosEn qué operaciones de separación, concentración y en realidad se combinan el análisis químico en un instrumento. Por ejemplo, al analizar instalaciones naturales (agua, hielo, suelo) por la presencia en ellos. metales pesados El método de voltampetría de inversión es bastante utilizado. En este método, la primera etapa se produce una separación electroquímica y una concentración de microstrums de metales pesados \u200b\u200ben la superficie del electrodo, y en el análisis segundo voltamométrico del concentrado resultante.

Enmascaramiento. Enmascaramiento se logra introduciendo una sustancia al sistema analizado, lo que traduce el componente colgado en una forma analítica inactiva. Al mismo tiempo, no se produce la formación de una nueva fase, como se lleva a cabo durante la separación y, por lo tanto, las operaciones de separación de fases están excluidas antes del análisis.

Hay dos tipos de enmascaramiento: termodinámico (equilibrio) y cinético (sinquilibrio). En el enmascaramiento termodinámico, se crean condiciones bajo las cuales la concentración del componente interferente en analíticamente forma activa Resulta debajo del límite de detección utilizado por el método analítico. En la enmascaramiento cinética, logró diferencias significativas en las tasas de reacción del componente determinado e interferente con el reactivo utilizado para detectarlos.

Las operaciones de enmascaramiento utilizan los siguientes grupos de sustancias enmascaradas.

1. Sustancias que trascienden los componentes en un compuesto integral constante. Por ejemplo, el hierro (W) forma un complejo de rojo sangre 3.
2. Sustancias que cambian el grado de oxidación del ion interferente. Por ejemplo, para eliminar el efecto interferente del cromo (W), generalmente se oxida al cromo (U1).
3. Sustancias precipitando iones interferentes, pero el precipitado no se puede separar.
4. Sustancias con una acción específica. Por ejemplo, en el método de voltampetría de inversión en el sistema analizado, se puede agregar ácido fórmico, que, en descomposición en la acción de los radicales ultravioleta a los radicales, se une a oxígeno disuelto y destruye sustancias orgánicas de superficie activa.

El llamado índice de enmascaramiento se utiliza para evaluar la eficiencia de enmascaramiento. 1 t:

dónde Con 0. - la concentración general del componente interferente; Con un - Concentración del componente en forma analíticamente activa. El índice de enmascaramiento puede calcularse mediante las constantes de equilibrio de las reacciones de enmascaramiento correspondientes.

Extracción. Extracción El proceso físico-químico de la distribución de la sustancia entre las dos fases se llama, la mayoría de las veces entre dos líquidos no seleccionables (generalmente entre agua y disolventes orgánicos), y el método correspondiente de aislamiento, separación y concentración de sustancias.

Durante la extracción, varios procesos pueden ocurrir al mismo tiempo: la formación de compuestos extraídos, la distribución de estos compuestos entre las dos fases, la reacción en la fase orgánica (disociación, asociación, polimerización). El componente responsable de la formación de un compuesto extraído se llama extracción. Disolventes orgánicos inertes en los que se disuelve el extractante y que contribuye a la mejora de las propiedades físicas y de extracción del extractual, se llaman diluyentes. El diluyente debe tener una densidad significativamente más o menos densidad de agua y solubilidad débil en agua para facilitar la división de las fases acuosas y orgánicas, así como una baja toxicidad. La fase que contiene un compuesto extraído se llama extraer. Transferencia inversa de sustancia extraída de la fase orgánica a acuoso. reextraccióny la solución utilizada para esto - reekstregepto.

La extracción se realiza solo si el compuesto extraído es mejor soluble en la fase orgánica que en el agua. Esto resulta posible si el compuesto es hidrófobo. La hidrofobicidad está garantizada por la traducción de la sustancia extraída en un compuesto intracomPlex (complejo de quelato) que contiene grandes ligandos orgánicos hidrófobos, la neutralización de su carga debido a la formación de complejos neutros o asociados de iones, solvación del compuesto extraído de las moléculas extractivas. . La extracción de asociados de iones mejora con un aumento en el tamaño de los iones y una disminución en su carga.

La extracción puede ser realizada por métodos periódicos o continuos. La extracción periódica es una extracción de una sustancia con porciones individuales de un extractante fresco. En este caso, con suficiente. valores altos Coeficiente de distribución Incluso una vez que la extracción le permite cuantificar la sustancia. La extracción continua se realiza con contacto continuo y movimiento relativo de dos fases. Al mismo tiempo, una de las fases permanece estacionaria, y el segundo se pasa a través del volumen de la primera en forma de caídas separadas.

Los métodos de extracción son adecuados para separación, concentración, extracción de componentes micro o macros, extracción individual y grupal de componentes al analizar una variedad de objetos naturales. El método es simple y rápido, garantiza una alta eficiencia de separación y concentración y compatible con varios métodos analíticos. La selectividad de separación se puede mejorar optimizando las condiciones del proceso, como la elección del pH, diluyente apropiado, la concentración del extractante, la introducción del agente de enmascaramiento.

Cromatografía. En los casos en que los coeficientes de distribución de los componentes de la mezcla entre las dos fases difieren ligeramente, solo pueden dividirse utilizando métodos cromatográficos dinámicos. Cromatografía Un método de separación de sustancias basadas en la diferencia en sus coeficientes de distribución entre las dos fases, una de las cuales sigue siendo, y el segundo se está moviendo en relación con el primero. Condiciones requeridas Para la cromatografía, la presencia de una superficie suficientemente grande de la partición entre las fases y el método dinámico de separación (una fase se está moviendo en relación con la segunda). La combinación de estas dos condiciones garantiza la alta eficiencia de la cromatografía, que permite separarse entre sí muy cerca en sus propiedades de una sustancia, como, por ejemplo, isótopos de elementos u isómeros ópticos.

Hay varias formas de clasificar los métodos cromatográficos.

1. De acuerdo con el estado agregado de la fase móvil, la cromatografía de líquidos y gases difieren. Cromatografía líquida Dependiendo del estado agregado de la fase fija, se dividen en cromatografía de fase sólida y líquida líquida. Este último se llama cromatografía de distribución. Cromatografía de gases dependiendo del estado agregado de la fase estacionaria, se dividen en una bomba de gas (fase fija sólida) y la distribución de gas-líquido o gas.
2. Dependiendo del mecanismo de distribución de componentes, la cromatografía se divide en molecular y químico. En la cromatografía molecular, la interacción entre la fase fija y los componentes de la mezcla compartida se lleva a cabo debido a las fuerzas intermoleculares de las fuerzas de Van der Waals. La cromatografía de quimisorbational incluye intercambio de iones, sedimentarios, intercambio de ligandos (método complejo), redox. En este caso, la separación de los componentes de la mezcla se produce como resultado de las reacciones químicas correspondientes.
3. De acuerdo con el método de realización, la cromatografía se clasifica en frontal, desarrollo (eluyente) y desplazable. En la química analítica, la cromatografía en desarrollo se usa con mayor frecuencia.
4. La técnica de realización se distingue por cromatografía en columna (la fase fija está en la columna) y la capa plana o la capa delgada (hoja de papel fija de fase o una capa delgada de sorbente en una placa de vidrio o metal).

La esencia del método cromatográfico es el siguiente. En la parte superior de la columna, se realiza un pequeño volumen de la mezcla compartida en la capa delgada del sorbente o en una tira de papel (muchas veces menor que el volumen de la fase fija). Los componentes de la mezcla son sorbos en las capas superiores del sorbente en la columna o en la aplicación de muestra en el caso de la cromatografía plana, y los componentes de sorprendidos se mueven a lo largo de la columna o ligeramente puntos más que los componentes. El llamado cromatograma primario se forma, en el que no se produce la separación completa de los componentes, como regla general.

Para lograr una separación completa, el cromatograma principal se muestra lavando la columna (procesando la capa delgada del sorbente, el papel) con un disolvente adecuado (fase móvil). La velocidad de movimiento de los componentes separados en la dirección del movimiento de la fase móvil está determinada por su coeficiente de distribución entre las fases móviles y fijas. Cuanto mayor sea el coeficiente de distribución, cuanto más rápido se mueve el componente. Si las condiciones para llevar a cabo el proceso (la naturaleza de las fases fijas y móviles, la longitud de la columna, la velocidad de movimiento de la fase móvil) se elige correctamente, entonces hay una separación completa de los componentes, y están constantemente sobre una columna diferente. Por lo tanto, se hace posible seleccionar fracciones que contienen componentes individuales de la mezcla y analizarlos con métodos analíticos adecuados.

En los cromatógrafos modernos de gas y líquido, se coloca un detector en la salida de la columna, lo que le permite registrar el hecho del paso de cualquier componente a través de la columna. En el momento del componente, es posible determinar su naturaleza, y el valor de la señal del detector es su cantidad. Los detectores utilizan analizadores no selectivos, como conductómetros, refractómetros, etc. Por lo tanto, en los cromatografos hay una separación con un análisis cualitativo y cuantitativo simultáneo de los componentes.

Sorción. Este es el proceso de absorción de gases, vapores y soluciona sustancias sólidas o líquidas. La sorción se usa ampliamente para la separación y la concentración de sustancias. Por lo general, se logra mediante la buena selectividad de la separación y los grandes valores de los coeficientes de concentración.

El proceso de sorción es relativamente fácil de administrar, y para la implementación de este método no requiere instrumentación compleja y condiciones extremas. Se combina fácilmente con varios métodos analíticos de la definición posterior de componentes. Por lo tanto, el método de la prima es conveniente para el trabajo en el campo.

La clasificación de los métodos de sorción se basa en las diferencias en el mecanismo de la interacción de una sustancia con los sorbentes. Distinguir adsorción (sorción física y hemosorción en la fase sólida), la distribución de sustancias entre las dos fases no desalezadas (fase líquida en el sorbente) y condensación capilar - La formación de la fase líquida en los poros y capilares del sorbente sólido al absorber el vapor de la sustancia. En su forma pura, estos mecanismos generalmente no se observan.

El proceso de sorción puede ser realizado por dos métodos: estadístico y dinámico. Este último se basa en métodos de separación cromatográfica. En la práctica analítica, se utilizan una variedad de sorbentes: carbones activos, intercambio de iones y resinas quelantes, sílice convencional y modificada químicamente y celulosa, óxidos, hidróxidos, aluminosilicatos, heteropolitis y sus sales, etc.

Métodos electroquímicos de separación y concentración. Los métodos electroquímicos de separación y concentración incluyen la electrólisis con el potencial controlado, el método de cementación (electrólisis interna) y la electroforesis.

Electrólisis. El método se basa en la deposición de un elemento o una conexión de este elemento en un electrodo con un electrodo con un potencial controlado. La variación más común de la deposición del cátodo de metales, la precipitación anódica, por ejemplo, en forma de óxidos, se usa rara vez. El material de los electrodos puede ser mercurio, incluso en forma de un electrodo de mercurio de película delgada, carbono (grafito, carbono de vidrio), platino y sus aleaciones, plata, cobre, tungsteno. La composición del precipitado formada en el electrodo depende de las condiciones del proceso (principalmente la magnitud del potencial del electrodo), la composición del electrolito y el material de los electrodos.

Existe varias opciones método. En un caso, la selección de la composición correspondiente del electrolito y la capacidad del potencial se puede asignar selectivamente a un cierto componente, en el segundo (variando el potencial en amplios límites), un grupo de componentes y luego defina cada uno de Ellos con los métodos selectivos correspondientes. La separación total es posible lograr cuando el componente determinado se separa de sustancias electrocémicamente inactivas. Por ejemplo, cuando se separa de una solución acuosa en un cátodo a tales sustancias, se relacionarán las sales de metales activos y compuestos orgánicos.

Con la concentración de microcomponentes, una opción es más conveniente para la liberación de ellos en el electrodo, y no los componentes de la matriz, ya que en este caso las pérdidas de la disminución del microcomponente, que es posible debido a su captura mecánica de la matriz precipitante , la formación de compuestos intermetálicos y soluciones sólidas. En la mayoría de los casos, el microcomionente es muy alto. mal tiempoPor lo tanto, se limita a la asignación parcial. La concentración del microcomionato se puede lograr no solo por su precipitación en el electrodo, sino también por la disolución electroquímica de la matriz.

La descarga electrolítica en la mayoría de los casos es una parte integral de los métodos electroquímicos de inversión, de los cuales hay más voltamperometría de inversión más común.

El método de cementación es restaurar los componentes (generalmente microcomponentes) en metales activos (aluminio, zinc, magnesio) o amalgamas de estos metales. Con cementación, se producen dos procesos simultáneamente: cátodo (aislamiento de componentes) y ánodo (disolución del metal de cementación). Por ejemplo, este método se utiliza para aislar los elementos de seguimiento correspondientes (principalmente metales pesados) de las aguas naturales, seguido de su definición de espectroscopia de emisión atómica.

Electroforesis. El método se basa en la dependencia de la velocidad de movimiento de las partículas cargadas en el campo eléctrico de su carga, forma y tamaños. Esta dependencia de las partículas esféricas se describe por la ecuación.

donde Z es una carga de partículas efectiva, que es más pequeña que la carga de iones debido a la influencia de la atmósfera de iones; E - fuerza de campo eléctrico; g - Radio de partículas efectivo, teniendo en cuenta el grosor de la cubierta de solvato; gRAMO. - Viscosidad ambiental. La velocidad de partículas se ve fuertemente afectada por la composición del medio, en particular el pH, que se utiliza para aumentar la selectividad de la separación.

Hay dos variantes de electroforesis: frontal y zona (en un transportista). En el primer caso, el pequeño volumen de la solución investigada se coloca en un capilar con un electrolito. En el segundo caso, el movimiento de los iones ocurre en un entorno de reactivo, que se procesa específicamente por papel. Al mismo tiempo, las partículas se mantienen en papel después de apagar el campo. El área principal de aplicación de electroforesis clásica - análisis bioquímico: Separación de proteínas, enzimas, ácidos nucleicos, etc.

La electroforesis capilar se desarrolla intensivamente desde principios de los años ochenta. Esto se debió a una disminución significativa en el diámetro del capilar.

(hasta 50-100 μm) y la transición a la determinación espectrofotométrica directa de componentes directamente en el capilar. Las principales ventajas del método incluyen su alta eficiencia y simplicidad de diseño de hardware. La electroforesis capilar se utilizó para analizar los residuos y las aguas naturales para el contenido de los componentes inorgánicos (cationes y aniones).

Otros métodos de separación y concentración. Hay una serie de otros métodos de separación y concentración, que se utilizan con uno u otro éxito para fines de análisis. Estos incluyen deposición y coexpensión, métodos de evaporación (destilación, destilación, sublimación), congelación. Todos estos métodos en ciertas condiciones Permita los valores de coeficiente de concentración más altos.

El filtrado, la sedimentación y la ultracentrifugación se usan ampliamente para separar los sistemas heterogéneos.

Hay muchas clasificaciones de los métodos de separación y concentración basados \u200b\u200ben diferentes signos. Considera lo más importante de ellos.

1. La clasificación de la naturaleza del proceso se da en la FIG.

Higo. uno

Las separación química y los métodos de concentración se basan en una reacción química, que se acompaña de la precipitación del producto, la liberación de gas. Por ejemplo, en el análisis orgánico, el método principal de concentración se destila: con descomposición térmica, la matriz se destila como CO2, H2O, N2, y en la ceniza restante, es posible determinar los metales.

Los métodos físico-químicos de separación y concentración se basan principalmente en la distribución electoral de la sustancia entre las dos fases. Por ejemplo, la cromatografía tiene la mayor importancia en la industria petroquímica.

Los métodos físicos de separación y concentración se basan con mayor frecuencia en el cambio en el estado agregado de la sustancia.

2. Clasificación de la naturaleza física de las dos fases. La distribución de la sustancia se puede llevar a cabo entre las fases, que se encuentran en el mismo estado agregado o diferente: gaseoso (g), líquido (g), sólido (t). De acuerdo con esto distingue los siguientes métodos (Fig.).

Higo. 2.

En la química analítica, los métodos de separación y concentración fueron los más importantes, que se basan en la distribución de la sustancia entre la fase líquida y sólida.

3. Clasificación por el número de actos elementales (PASOS).
§ Los métodos de una sola etapa se basan en una sola distribución de la sustancia entre las dos fases. La separación pasa en condiciones estáticas.
§ Los métodos de múltiples etapas se basan en la distribución múltiple de la sustancia entre las dos fases. Hay dos grupos de métodos de múltiples etapas:
- con la repetición del proceso de distribución de una sola vez (por ejemplo, re-extracción). La separación tiene lugar en condiciones estáticas;
- Métodos basados \u200b\u200ben el movimiento de una fase relativa a otra (por ejemplo, cromatografía). Pases de separación en condiciones dinámicas.
3. Clasificación del tipo de equilibrio (Fig.).

Higo. 3.

Los métodos de separación termodinámica se basan en las diferencias en el comportamiento de las sustancias en el estado de equilibrio. Son del mayor valor en la química analítica.

Los métodos cromatográficos se basan en la termodinámica y en el equilibrio cinético. Son de gran importancia en la química analítica, ya que permiten llevar a cabo una separación y, al mismo tiempo, el análisis cuantitativo de alta calidad y de las mezclas multicomponentes.

Los métodos instrumentales directos a menudo no se pueden usar en el análisis de muchos objetos complejos o debido a la distribución negrogenosa de los componentes en la muestra, o en relación con las dificultades de graduación, cuando no hay muestras estándar de la composición conocida. Esto puede ser justo para una serie de industriales, geológicos, materiales biológicos, objetos ambiente, así como sustancias de alta pureza que contienen algunos componentes en la ICG / L, NG / G, NG / L. En tales casos, se recuerda a la concentración y separación de microcomponentes, la separación de la masa principal de macrosfonentes o elementos de impureza con un análisis posterior del concentrado resultante por diversos métodos químicos e instrumentales.

Los mismos procesos y métodos basados \u200b\u200ben las diferencias en las propiedades químicas y físicas de los componentes separados, las temperaturas de solubilidad, sorción, ebullición y sublimación, y distinguir entre las concentraciones de los componentes separados se basan en las operaciones de separación y concentración.

Separación - Este es un proceso u operación, como resultado de lo cual los componentes que constituyen la mezcla inicial, y las concentraciones de las cuales pueden ser acordes, se separan entre sí.

Concentración - Este es un proceso o cirugía, como resultado del cual aumenta la relación de las concentraciones o el número de microcomponentes a la concentración o número de componentes de macros.

Extracción - el método de separación y concentración, basado en la distribución de la sustancia disuelta entre dos fases no desalvadas (generalmente en la práctica una fase es solución de agua, y el segundo es un solvente orgánico). Las principales ventajas del método de extracción:

1) Capacidad para variar la selectividad de la separación.

2) la capacidad de trabajar con analitos en varios niveles de concentraciones;

3) Facilidad de diseño tecnológico y de hardware;

4) la capacidad de implementar un proceso continuo, automatización;

5) Alto rendimiento.

Los métodos de extracción de selección de sustancias se utilizaron ampliamente en el análisis de los componentes de algunos objetos industriales y naturales. La extracción se realiza bastante rápido, mientras que la alta eficiencia de la separación y la concentración se logra, es fácilmente compatible con una variedad de métodos de análisis. Muchos analíticamente, los métodos de extracción se han convertido en prototipos de importantes procesos de extracción tecnológica, especialmente en la energía nuclear.

Los principales términos del método de extracción:

extragreante - un disolvente orgánico, que contiene o no contiene otros componentes y una sustancia de extracción de la fase acuosa;

componente de extracción - un reactivo forma un complejo o sal con un componente extraíble, que se pueden extraer;

diluente - Un disolvente inerte (orgánico) utilizado para mejorar física (densidad, viscosidad, etc.) o extracción (por ejemplo, selectividad) de las propiedades extractuales. En la inercia se entiende como la incapacidad de formar conexiones con una sustancia extraída.

extraer - Fase orgánica separada que contiene la sustancia extraída de la fase acuosa;

reextracción - el proceso de extracción inversa de la sustancia del extracto en la fase acuosa;

reekstart - Solución (generalmente acuosa o solo agua) utilizada para eliminar la sustancia del extracto;

recreado- fase separada (generalmente acuosa) que contiene la sustancia extraída del extracto como resultado de la reextracción;

Mintiendo - Mejorar la extracción de la sustancia agregando un electrolito (desultado), que contribuye a la formación de un compuesto extraído en la fase acuosa.

Tipos de sistemas de extracción.

En la implementación de la extracción de líquidos fluidos, se pueden distinguir varios tipos de sistemas de extracción.

Sistemas de extracción I Tipo. En estos sistemas de extracción, los disolventes orgánicos o las mezclas de los mismos se utilizan como una fase orgánica, y como fase acuosa o agua, o soluciones acuosas de sales. La gran propagación de tales sistemas de extracción se explica por el agua barata como solvente, su mezcla limitada con muchos solventes orgánicos, así como en la gran mayoría de los casos, el objeto que debe extraerse o inicialmente en una solución acuosa, o se traduce en un estado soluble en agua en el proceso de la preparación de la muestra del objeto.

En algunos casos, los sistemas de extracción i no son adecuados para el trabajo, en este caso, se utilizan sistemas de extracción tipo II.

Tipo de sistemas de extracción II. En estos sistemas de extracción, se usa un hidrocarburo alifático como una fase no polar, la segunda fase es un disolvente orgánico polar, o su solución acuosa, o una solución de halogenuro de zinc en un disolvente orgánico polar. Como regla general, los hidrocarburos de baja ebullición, en particular hexano, heptano, octano, ciclohexano o éter de petróleo, se utilizan con mayor frecuencia como hidrocarburo alifático.

Un criterio importante para elegir disolventes del sistema de extracción es una mezcla limitada de fases de extracción.

Métodos de extracción de ejercicios.

Dependiendo del problema, se utiliza una extracción simple, extracción periódica o extracción de contracorriente. La extracción periódica es una extracción de una sustancia de una fase mediante porciones individuales de extractual fresco. Para valores residualmente altos del coeficiente de distribución, la extracción de una sola vez cuantificará la sustancia en la fase orgánica. La efectividad de la extracción de una sola vez se puede caracterizar por el grado de extracción -R,% calculado por la fórmula: $ r \u003d org * 100% / total $ donde org. - la cantidad de sustancia a en la fase orgánica; General: la cantidad total de sustancia A en ambas fases.

Si la extracción de una sola vez no proporciona un grado suficiente de extracción, se puede aumentar R aumentando al aumentar el volumen de la fase orgánica o recurrir a múltiples extracción.

La extracción periódica se realiza principalmente en un embudo dividido, que se introduce una solución acuosa que contiene un compuesto extraído y un disolvente orgánico que no se mezcla con fase acuosa. Luego, el embudo se agita vigorosamente para garantizar el contacto de las fases. Después de agitar la brecha de la fase.

Una desventaja grave de la extracción múltiple es una dilución significativa del componente recuperable, especialmente si el número de pasos es grande. El consumo extractivo se puede reducir si la extracción exhaustiva se realiza en dispositivos para la extracción continua. El extracto continuo se realiza con un movimiento continuo y relativo de dos fases; Una de las fases, generalmente acuáticas, permanece fija.

La extracción continua es particularmente conveniente cuando el coeficiente de distribución es muy pequeño y sería necesario pasar mucho para cuantificar número grande Extracciones consecutivas. Principio general La extracción continua radica en la destilación del extractante del matraz de destilación, la condensación y la pasa a través de una solución sometida a extracción. El extractante está separado y fluye hacia atrás en el matraz de recepción, donde se está volviendo hacia atrás y re-pasa el ciclo, mientras que la sustancia extraída permanece en el matraz receptor. En el caso de que el disolvente no pueda ser fácil de adelantar, las partes del disolvente fresco se pueden agregar continuamente desde el tanque, pero al mismo tiempo que el consumo de extrantaco será significativo.

La extracción de contracorriente se realiza en el aparato CRAIG, que consiste en una serie de células del diseño especial, dispuestas de tal manera que una fase (por ejemplo, orgánica) se mueve secuencialmente de una célula a otra después de cada distribución de equilibrio.

Imagen conceptual del dispositivo para la extracción de contracorriente.

Antes del inicio de la extracción, todas las celdas se llenan parcialmente con un disolvente pesado, que es una fase fija. En la celda 0, la mezcla separada se coloca en el mismo solvente. Luego, en la celda 0 se introduce la pérdida del disolvente (fase móvil). Las fases se agitan y se van al lino. Después del paquete de fases. capa superior Desde la celda 0 se transfiere a una celda 1, y se introduce una nueva porción de disolvente fresco en la celda 0 y la extracción simultánea en ambas células. A continuación, las capas superiores de las células 0 y 1 se transfieren a las celdas 1 y 2, respectivamente, una nueva parte de la fase móvil se introduce nuevamente en la celda 0 y se repite el proceso de extracción. Introducción al sistema de solvente fresco le permite realizar cualquier cantidad de extracciones.

La extracción de contracorriente tiene una gran eficiencia de separación. Con él, es posible dividir las sustancias con los seres queridos. propiedades químicas. Por ejemplo, este método se usó para separar elementos de la Tierra rara. La separación de contracorriente es ampliamente utilizada para el fraccionamiento. compuestos orgánicos. Una desventaja significativa de la extracción de contracorriente es una fuerte dilución de componentes durante la separación.

1) Métodos físicos: evaporación (evaporación), destilación

Evaporación - evaporación incompleta del disolvente (reducción del volumen - concentración)

Evaporación - evaporación del disolvente a sequedad (seguido de disolviendo los residuos secos en un pequeño volumen)

Destilación - Separación de componentes volátiles.

2) Métodos químicos: Precipitación, Coexpensión.

Declaración - Separación (análisis sistemático); Concentración (precipitación de un iones de un gran volumen de la solución analizada y disolviendo el precipitado en volumen pequeño)

Conferencia - Precipitación simultánea de la misma solución de microcomponant soluble en estas condiciones con macrocomponente precipitado.

Causas de la concrecidad: 1) Adsorción de superficie: la sustancia carbonizada se adsorbe en la superficie del colector y se deposita con él; 2) oclusión: la captura mecánica de una parte del licor madre con un ion entrenado dentro del sedimento colector; 3) Inclusión - la formación de cristales mixtos.

La coexipación se utiliza para concentrar las sustancias en la solución analizada en las microcolividades, seguido de su definición en concentrado.

3) Métodos fisicoquímicos: Extracción, cromatografía.

Extracción - Método de extraer una sustancia de una solución o una mezcla seca con un solvente adecuado. Los disolventes que no se mezclan con esta solución se usan para extraer de la solución, pero en los que la sustancia se disuelve mejor que en el primer disolvente. La extracción se utiliza en las industrias químicas, refinerías, alimentos, metalúrgicos, farmacéuticos.

Cromatografía - Método de sorción dinámica de la separación y análisis de mezclas de sustancias, así como el estudio de las propiedades fisicoquímicas de las sustancias. Basado en la distribución de sustancias entre las dos fases, una fase fija (fase sólida o líquida asociada con un portador inerte) y una fase móvil (gas o líquido).

88. Métodos de análisis químico de alta calidad.

Análisis microcristaloscópico

Para detectar cationes y aniones, se pueden usar reacciones, como resultado de qué compuestos con una forma característica de cristales se forman. La forma y la tasa de formación de cristales afectan las condiciones para la reacción. Un papel importante en las reacciones de microcristaloskópico desempeña una rápida evaporación del disolvente, que conduce a la concentración de la solución y, en consecuencia, un aumento en la sensibilidad de la definición de iones.

Análisis piroquímico

Cuando se calientan sustancias en un quemador de llama, puedes observar varios fenómenos característicos: Evaporación, fusión, cambio de color, pintura de llama. Todos estos fenómenos se utilizan en un análisis de alta calidad para pruebas preliminares de la sustancia. A veces con la ayuda de las reacciones piroquímicas, es posible aumentar. selectividad y sensibilidad de la determinación.. Reacciones piroquímicas Solicite el análisis de los minerales en el campo.

Llamas de tinción

Cuando se introduce la solución de sal metálica en la llama, se producen una serie de procesos complejos: evaporación, formación de aerosoles sólidos, disociación, ionización, interacción de oxígeno, excitación de átomos, iones y moléculas. El resultado final de estos procesos es el efecto de uso analíticamente. llama.

89. Métodos para determinar la composición cuantitativa de los compuestos.

90. Cantidades físicas básicas

Cantidad física – propiedad fisica objeto material fenómeno físico, Proceso que se puede caracterizar cuantitativamente.

El valor de la cantidad física. - Un número que caracteriza esta cantidad física, lo que indica una unidad de medición basada en la que se obtuvieron.

Sistema de unidades físicas. - Una combinación de unidades de mediciones de cantidades físicas en las que hay un cierto número de unidades básicas de mediciones básicas, y las unidades restantes de medición se pueden expresar a través de estas unidades básicas. C (sistema internacional) - Unidades del sistema internacional,. C es el sistema de unidades más utilizadas en el mundo, como en la vida cotidianay en ciencia y tecnología.

En el sistema, cada valor básico tiene una unidad correspondiente: unidad de longitud - metro (m); unidad de tiempo - segundo (c); unidad de masa - kilogramo (kg); duende corriente eléctrica - AMP (A); unidad de temperatura - Kelvin (k); impar - Mole (Mole); unidad de poder ligero - Candela (CD)

Con el uso práctico de unidades. Sistema internacional A menudo, es demasiado grande o demasiado pequeño, por lo que con la ayuda de consolas especiales, se pueden formar unidades múltiples decimales y se pueden formar.

desez	sí	10 1	decisión	D.	10 -1
hecto	GRAMO.	10 2	Santi	de	10 -2
kilo	a	10 3	Mili	METRO.	10 -3
mega	METRO.	10 6	micro	Mk	10 -6
Giga	GRAMO.	10 9	Nano	NORTE.	10 -9
Tera	T.	10 12	pico	PAG	10 -12
Peta	PAG	10 15	Femolo	F.	10 -15
ex	MI.	10 18	En A	pero	10 -18

91. Concepto métodos físicos Y su clasificación

92. Uso de métodos físicos con un estudio experto.

93. El concepto de magnitud física "densidad". Métodos para determinar la densidad.

Densidad – cantidad físicaigual a la proporción de masa corporal a su volumen ( ρ \u003d m / v). Basado en la determinación de densidad, su dimensión. kg / m 3 En el sistema SI.

La densidad de la sustancia depende de Masa de átomos, de los cuales consiste, y sobre la densidad del embalaje de átomos y moléculas en la sustancia. Cuanto mayor sea la masa de átomos y lo que están más cerca entre sí, mayor será la densidad.

Deber Servir para medir la densidad de líquidos, gases y sólidos.

La densidad de la sustancia heterogénea. - la proporción de masa y volumen cuando este último se aprieta hasta el punto en que se mide la densidad. La proporción de densidades de dos sustancias con ciertos estándares. condiciones físicas referirse a la densidad relativa; para líquidos y sólidos. Se mide a temperaturas. t., por regla general, con respecto a la densidad de agua destilada a 4 ° C, para gases - en relación con la densidad de aire seco o hidrógeno en condiciones normales ( T.= 273k, pag. = 1.01 10 5 PA).

Para sólidos a granel y porosos distinguen la densidad. Cierto (la masa de la unidad del volumen de material denso, que no contiene poros), aparentemente (la masa del volumen del volumen del material poroso de los granos o gránulos) y el a granel (masa de la unidad de la capa de material ).

94. El concepto de la cantidad física "masa". Métodos para determinar la masa.

Peso - Cantidad física escalar, una de las características principales de la materia, definiendo sus propiedades inerciales y gravitacionales. Hay una masa de masa inerte y gravitacional.

El concepto de masa se introdujo en la mecánica. I. Newton. En mecánica clásica Newtonla masa se incluye en la definición del pulso (número de movimiento) del cuerpo: impulso r PROPORCIONAL A LA VELOCIDAD DEL CUERPO. V. , p \u003d mv. (1). Coeficiente de proporcionalidad - Valor permanente para este cuerpo. mETRO. - Y hay una masa del cuerpo. La determinación equivalente de la masa se obtiene de la ecuación de movimiento. mecanica clasica F \u003d ma. (2). Aquí la masa es el coeficiente de proporcionalidad entre el poder que actúa en el cuerpo. F. y causado por la aceleración del cuerpo. uNA.. Definido por las relaciones (1) y (2) la masa llamada misa inercial (inerte) ; Caracteriza las propiedades dinámicas del cuerpo, es una medida de inercia corporal: con fuerza constante, la masa corporal más grande, la menor aceleración que adquiere, es decir, Lo más lento del estado de su movimiento cambia.

En la teoría de la gravedad. Newton La masa actúa como fuente de un campo de gravedad. Cada cuerpo crea un campo de gravedad, masa proporcional del cuerpo (y experimentando el efecto del campo creado por otros cuerpos, cuya fuerza también es proporcional a la masa de TEL). Este campo provoca una atracción de cualquier otro organismo en este cuerpo con una fuerza determinada por la ley de Newton: F \u003d G * (m 1 * m 2 / R 2) - (3), donde R. - Distancia entre cuerpos, GRAMO. - constante gravitacional universal, un m 1. y m 2. - Misas de cuerpos atractivos.

Fórmula (3) es fácil de obtener una fórmula de peso R Masas corporales mETRO. En el campo de la tierra: P \u003d mg. (cuatro). Aquí g \u003d g * m / r 2 - Aceleración de la caída libre en el campo gravitatorio de la tierra. La misa determinada por las relaciones (3) y (4) se llama peso corporal gravitacional .

Libra - El dispositivo para determinar la masa de cuerpos (pesaje) de acuerdo con su peso, aproximadamente considerándolo igual a la gravedad. Considere como un ejemplo de medición del peso corporal, que medimos el uso de depreciaciones iguales ordinarias. Bajo la acción de la atracción terrenal, se crean fuerzas. El peso corporal junto con estas fuerzas presiona una taza y el peso de los pesos, a otro. Escogiendo los pesos, logramos el equilibrio, es decir,. Igualdad de estas fuerzas. Esto nos da el derecho de decir que la masa del cuerpo pesado es igual a la masa del peso, tomando que el poder de la atracción terrenal a una distancia entre las tazas sigue siendo la misma. Como podemos ver, para medir la masa, tuvimos que convertir el peso corporal y el peso en vigor, y comparar las fuerzas para convertirlas al movimiento mecánico de las palancas de las escalas.