Conferencia sobre métodos de separación y concentración. Métodos para el aislamiento, separación y concentración de sustancias en química analítica.
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1. Métodos de separación y concentración
Descripción general de separación y concentración
La separación es una operación que permite separar los componentes de una muestra entre sí.
Se utiliza si algunos componentes de la muestra interfieren con la determinación o detección de otros, es decir, cuando el método de análisis no es lo suficientemente selectivo y es necesario evitar la superposición de señales analíticas. En este caso, las concentraciones de las sustancias a separar suelen ser próximas.
La concentración es una operación que le permite aumentar la concentración de un microcomponente en relación con los componentes principales de la muestra (matriz).
Se utiliza si la concentración del microcomponente es menor que el límite de detección de Cmin, es decir, cuando el método de análisis no es lo suficientemente sensible. En este caso, las concentraciones de los componentes varían mucho. La concentración a menudo se combina con la separación.
Tipos de concentración.
1. Absoluto: el microcomponente se transfiere de un gran volumen o gran masa de muestra (Vpr o mpr) a un volumen menor o una masa menor del concentrado (Vconc o mconc). Como resultado, la concentración del microcomponente aumenta n veces:
donde n es el grado de concentración.
Cuanto menor sea el volumen del concentrado, mayor será el grado de concentración. Por ejemplo, 50 mg de intercambiador de cationes absorbieron germanio de 20 litros de agua del grifo, luego el germanio se desorbió con 5 ml de ácido. En consecuencia, el grado de concentración de germanio fue:
2. Relativo (enriquecimiento): el microcomponente se separa del macrocomponente para que aumente la relación de sus concentraciones. Por ejemplo, en la muestra inicial, la relación de concentración de micro y macrocomponentes fue 1: 1000, y después del enriquecimiento - 1: 10. Esto generalmente se logra mediante la eliminación parcial de la matriz.
La separación y la concentración tienen mucho en común, se utilizan los mismos métodos para estos fines. Son muy diversos. Además, consideraremos los métodos de separación y concentración, que tienen valor más alto v Química analítica.
Clasificación de los métodos de separación y concentración.
Existen muchas clasificaciones de métodos de separación y concentración basadas en diferentes características. Consideremos el más importante de ellos.
1. La clasificación por la naturaleza del proceso se da en la Fig.
Arroz. 1 Clasificación de los métodos de separación por la naturaleza del proceso
Los métodos de separación y concentración química se basan en el flujo reacción química, que se acompaña de la precipitación del producto, el desprendimiento de gas. Por ejemplo, en el análisis orgánico, el método de concentración principal es la destilación: durante la descomposición térmica, la matriz se destila en forma de CO2, H2O, N2 y los metales se pueden determinar en la ceniza restante.
Físico metodos quimicos la separación y la concentración se basan más a menudo en la distribución selectiva de una sustancia entre dos fases. Por ejemplo, en la industria petroquímica, la cromatografía es de gran importancia.
Los métodos físicos de separación y concentración se basan en la mayoría de los casos en un cambio en el estado de agregación de la materia.
2. Clasificación según la naturaleza física de las dos fases. La distribución de una sustancia se puede realizar entre fases que se encuentran en el mismo o diferente estado de agregación: gaseosa (G), líquida (F), sólida (T). De acuerdo con esto, se distinguen los siguientes métodos (Fig.).
Arroz. 2 Clasificación de los métodos de separación por naturaleza de las fases
En química analítica, los métodos de separación y concentración, que se basan en la distribución de una sustancia entre una fase líquida y una sólida, han encontrado la mayor importancia.
3. Clasificación por el número de actos elementales (pasos).
§ Métodos de una etapa: basados en una única distribución de una sustancia entre dos fases. La separación tiene lugar en condiciones estáticas.
§ Métodos de múltiples etapas: basados en la distribución múltiple de una sustancia entre dos fases. Hay dos grupos de métodos de varias etapas:
- con repetición del proceso de distribución única (por ejemplo, reextracción). La separación tiene lugar en condiciones estáticas;
- métodos basados en el movimiento de una fase en relación con otra (por ejemplo, cromatografía). La separación tiene lugar en condiciones dinámicas.
3. Clasificación por tipo de balanza (fig.).
Arroz. 3 Clasificación de los métodos de separación por tipo de equilibrio
Los métodos de separación termodinámica se basan en la diferencia en el comportamiento de sustancias en un estado de equilibrio. Son de gran importancia en química analítica.
Los métodos de separación cinética se basan en la diferencia en el comportamiento de las sustancias durante el proceso que conduce a un estado de equilibrio. Por ejemplo, en la investigación bioquímica, la electroforesis es de suma importancia. El resto de los métodos cinéticos se utilizan para separar partículas de soluciones coloidales y soluciones de compuestos de alto peso molecular. En química analítica, estos métodos se utilizan con menos frecuencia.
Los métodos cromatográficos se basan tanto en el equilibrio termodinámico como en el cinético. Son de gran importancia en química analítica, ya que permiten la separación y análisis simultáneo cualitativo y cuantitativo de mezclas multicomponente.
Extracción como método de separación y concentración.
La extracción es un método de separación y concentración basado en la distribución de una sustancia entre dos fases líquidas inmiscibles (la mayoría de las veces, acuosa y orgánica).
A los efectos de la separación por extracción, se crean las condiciones para que un componente pase completamente a la fase orgánica, mientras que el otro permanece en la acuosa. Luego, las fases se separan mediante un embudo de decantación.
Para la concentración absoluta, la sustancia se transfiere de un volumen mayor de solución acuosa a un volumen menor de la fase orgánica, como resultado de lo cual aumenta la concentración de la sustancia en el extracto orgánico.
Para el propósito de la concentración relativa, tales condiciones se crean de modo que el microcomponente pase a la fase orgánica y la mayor parte del macrocomponente permanezca en la fase acuosa. Como resultado, en el extracto orgánico, la proporción de las concentraciones del micro y macrocomponente aumenta a favor del microcomponente.
Ventajas de extracción:
§ alta selectividad;
§ facilidad de implementación (solo se necesita un embudo de separación);
§ baja intensidad laboral;
§ velocidad (3-5 minutos);
§ La extracción se combina muy bien con los métodos de determinación posterior, lo que da como resultado una serie de métodos híbridos importantes (extracción-fotométrica, extracción-espectral, etc.).
Coprecipitación como método de separación y concentración
La coprecipitación es la captura de un microcomponente por un sedimento colector durante su formación, y el microcomponente pasa a un sedimento desde una solución insaturada (PS< ПР).
Como colectores se utilizan compuestos inorgánicos y orgánicos poco solubles con una superficie desarrollada. La separación de fases se realiza mediante filtración.
La co-precipitación se utiliza para:
§ concentración de impurezas como un método muy eficaz y uno de los más importantes, que permite aumentar la concentración entre 10 y 20 mil veces;
§ separación de impurezas (con menor frecuencia).
La sorción como método de separación y concentración.
La sorción es la absorción de gases o solutos por absorbentes sólidos o líquidos.
Como absorbentes se utilizan carbones activos, Al2O3, sílice, zeolitas, celulosa, sorbentes naturales y sintéticos con grupos ionogénicos y quelantes.
La absorción de sustancias puede ocurrir en la superficie de la fase (adsorción) o en la mayor parte de la fase (absorción). En química analítica, la adsorción se usa con mayor frecuencia para:
§ separación de sustancias, si se crean las condiciones para la absorción selectiva;
§ concentración (con menos frecuencia).
Además, la sorción en condiciones dinámicas constituye la base del método más importante de separación y análisis: la cromatografía.
Intercambio iónico
El intercambio de iones es un proceso estequiométrico reversible que ocurre en la interfaz entre las fases de un intercambiador de iones, una solución de electrolitos.
Los intercambiadores de iones son polielectrolitos de alto peso molecular de varias estructuras y composición. concentración de gas de sorción química
La principal propiedad de los intercambiadores de iones es que absorben cationes o aniones de la solución, mientras que liberan un número equivalente de iones del mismo signo de carga en la solución.
El proceso de intercambio iónico se describe mediante la ley de acción de masas:
donde A y B son iones en solución y son iones en la fase del intercambiador de iones.
Este equilibrio se caracteriza por la constante de intercambio (K):
donde a es la actividad de los iones.
Si K> 1, entonces el ion B tiene una mayor afinidad por el intercambiador de iones; si K< 1, то ион А обладает бульшим сродством к иониту; если же К? 1, то оба иона одинаково сорбируются ионитом.
Los siguientes factores afectan el curso del intercambio iónico:
1) la naturaleza del intercambiador de iones;
2) la naturaleza del ión: cuanto mayor es la relación entre la carga del ión y el radio del ión hidratado (z / r), mayor es la afinidad por el intercambiador de iones;
3) propiedades de la solución:
§ valor de pH (ver las siguientes secciones);
§ concentración de iones: de las soluciones diluidas, el intercambiador de iones absorbe iones con una carga más alta y de las soluciones concentradas, con una carga más baja;
§ la fuerza iónica de la solución: cuanto menor es m, mejor se absorben los iones.
Tipos de intercambiadores de iones
Existe una amplia variedad de intercambiadores de iones. Se clasifican por su origen y por el signo de la carga de los iones intercambiados.
Según el origen, se distinguen dos grupos.
intercambiadores de iones:
1. Intercambiadores de iones naturales:
§ inorgánicos (arcillas, zeolitas, apatitas);
§ orgánico (celulosa).
2. Intercambiadores de iones sintéticos:
§ inorgánicos (permutitas);
§ orgánicos (materiales de alto peso molecular).
En química analítica, los intercambiadores de iones orgánicos sintéticos se utilizan con mayor frecuencia.
Dependiendo del signo de la carga de los iones en intercambio, los intercambiadores de iones se denominan de la siguiente manera:
1. Cationitos: cationes de intercambio que contienen grupos ácidos:
§ -SO3H (intercambiadores de cationes fuertemente ácidos, el intercambio ocurre en una amplia gama de valores de pH);
§ -PO3H2 (intercambiadores de cationes ácidos medios, el intercambio se produce a pH> 4);
§ -COOH, -OH (intercambiadores catiónicos débilmente ácidos, el intercambio se produce a pH> 5).
2. Anionitos - aniones de intercambio, contienen grupos básicos:
§ Grupos de alquilamonio cuaternario (anionitos muy básicos, el intercambio se produce en una amplia gama de valores de pH);
§ grupos amino e imino, (intercambiadores de aniones básicos medios y bajos, el intercambio se produce a pH< 8-9).
3. Anfolitos: intercambian cationes y aniones, según las condiciones. Tienen ambos tipos de grupos: ácidos y básicos.
La estructura de los intercambiadores de iones orgánicos sintéticos. Reacciones de intercambio iónico
Los intercambiadores de iones orgánicos sintéticos tienen una estructura de cadena tridimensional. Constan de una matriz de alto peso molecular (HMW) en la que se fijan grupos ionógenos.
Por ejemplo, para un anionito muy básico en forma de cloruro R-N (CH3) 3Cl
La composición del intercambiador de iones.
|
ion VM estacionario |
ion NM móvil |
||
|
ion fijo |
contraion |
||
|
grupo ionogénico |
Un copolímero de estireno y divinilbenceno (DVB), que es un agente reticulante, suele actuar como una matriz: cada una de sus moléculas, como un puente, conecta 2 cadenas lineales de poliestireno adyacentes.
El intercambio de iones implica iones móviles de bajo peso molecular (LM) que forman parte de grupos ionógenos.
Por ejemplo, la reacción de intercambio catiónico con la participación de un intercambiador catiónico fuertemente ácido en forma de hidrógeno se escribe de la siguiente manera:
y la reacción de intercambio aniónico con la participación de un anionito muy básico en forma de cloruro
Características físicas y químicas básicas de los intercambiadores de iones
Los intercambiadores de iones como materiales tienen muchas características fisicoquímicas y fisicomecánicas. De estas, las más importantes para el químico analítico son tres características físicas y químicas principales: humedad, hinchazón y capacidad de intercambio.
La humedad (W,%) caracteriza la capacidad del intercambiador de iones para absorber la humedad del aire. Se puede calcular en base a datos experimentales:
donde mо y m son la masa del intercambiador de iones antes y después del secado.
Por lo general, el contenido de humedad de los intercambiadores de iones está en el rango del 10 al 15%.
El hinchamiento caracteriza el grado de aumento del volumen del intercambiador de iones al entrar en contacto con agua u otro disolvente. La cantidad de hinchamiento depende del grado de reticulación de la matriz de alto peso molecular del intercambiador de iones (% DVB). Debido a la hinchazón, el intercambio iónico es rápido. El hinchamiento es causado por la presencia de grupos ionogénicos polares capaces de hidratarse o solvatarse. La capacidad de intercambio (OE) es la característica cuantitativa más importante del intercambiador de iones. Caracteriza la capacidad del intercambiador de iones para el intercambio de iones. La capacidad de intercambio total (PEC) de un intercambiador de iones dado es un valor constante y está determinada por el número de iones fijos en la matriz del intercambiador de iones. Depende de los siguientes factores: la naturaleza del intercambiador de iones;
§ valor de pH de la solución;
§ condiciones de definición (estáticas o dinámicas);
§ la naturaleza del ion intercambiado;
§ radio de iones (efecto tamiz).
La capacidad de intercambio de masa muestra cuántos milimoles de iones equivalentes - n (ion 1 / z) - pueden intercambiar 1 gramo de intercambiador de iones seco. Se calcula mediante la fórmula:
La capacidad de intercambio volumétrico muestra cuántos milimoles de iones equivalentes - n (ion 1 / z) - pueden intercambiar 1 mililitro de intercambiador de iones hinchado. Se calcula mediante la fórmula:
Dependiendo de las condiciones de determinación, se distingue la capacidad de intercambio estática (COE) y dinámica (DOE), y COE? GAMA.
Tipos de capacidad de intercambio dinámico:
§ antes de la ruptura del ión absorbido, o trabajo (DOE), muestra cuántos iones pueden ser absorbidos por el intercambiador de iones antes de que aparezcan en el eluato (ruptura);
§ total (PDOE): muestra cuántos iones puede absorber el intercambiador de iones hasta el momento de la saturación completa de los grupos ionógenos en determinadas condiciones.
La diferencia entre los valores de DOE y PDOU se muestra en la figura:
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Arroz. 4 Capacidad total de intercambio dinámico (PDOU) y capacidad antes del avance (DOE)
Aplicación de intercambiadores de iones en química analítica
Las ionitas se utilizan para resolver los siguientes problemas de práctica analítica.
§ Separación de sustancias. El intercambio de iones es conveniente y método efectivo separación de sustancias. Por ejemplo, con su ayuda es posible separar incluso elementos con propiedades químicas similares, como los lantánidos.
§ Concentración de sustancias. Primero, se pasa un gran volumen de la solución diluida a través de una columna intercambiadora de iones. A continuación, los iones adsorbidos se eliminan por lavado de la columna con una cantidad mínima de un eluyente adecuado.
§ Definición de cationes y aniones "inconvenientes". A menudo es necesario analizar el contenido de los llamados iones "inconvenientes". Dichos iones no poseen propiedades químico-analíticas que faciliten su determinación mediante métodos de análisis químicos o instrumentales. De los cationes, estos incluyen iones. Metales alcalinos(Na +, K +, etc.), a partir de aniones -, etc. La determinación de los cationes "inconvenientes" se basa en el paso preliminar de una muestra por una columna con un intercambiador de cationes en forma de hidrógeno y posterior titulación con álcali:
La determinación de aniones "inconvenientes" se basa en el paso preliminar de la muestra por una columna con anionito en forma de hidróxido y la valoración posterior del álcali liberado con un ácido:
§ Obtención de agua desionizada. El agua se pasa secuencialmente a través de la columna con el intercambiador de cationes en forma de hidrógeno, luego a través de la columna con el intercambiador de aniones en forma de hidróxido. Como resultado, todos los cationes y aniones son retenidos por intercambiadores de iones y se obtiene agua que no contiene iones.
Métodos de análisis cromatográfico
Método cromatográfico El análisis fue utilizado por primera vez por el botánico ruso MS Tsvet para el análisis de la clorofila. El nombre del método proviene de la palabra griega "cromatos" - color, aunque el método le permite separar cualquiera, incluidos los compuestos incoloros.
Actualmente, la cromatografía es uno de los métodos de análisis más prometedores. Se aplica ampliamente en diversas industrias y investigación científica para el análisis de mezclas de sustancias gaseosas, líquidas y sólidas.
En la industria petroquímica y del gas, la cromatografía representa el 90% de todos los análisis realizados. La cromatografía de gases se utiliza en biología y medicina, tecnología de procesamiento de madera, química de la madera e industria alimentaria y otros campos. Aproximadamente el 30% de las pruebas de control de la condición medio ambiente(contaminación del aire, análisis de aguas residuales, etc.) se realiza mediante métodos de cromatografía de gases.
La esencia de los métodos de análisis cromatográficos.
La cromatografía es un método dinámico para la separación y determinación de sustancias basado en la distribución múltiple de componentes entre dos fases: móvil y estacionaria.
La sustancia entra en el lecho absorbente junto con el flujo de la fase móvil. En este caso, la sustancia se absorbe y luego, al entrar en contacto con porciones frescas de la fase móvil, se desorbe. El movimiento de la fase móvil ocurre continuamente, por lo tanto, la sorción y desorción de la sustancia ocurren continuamente. En este caso, una parte de la sustancia está en una fase estacionaria en un estado sorbido y una parte está en una fase móvil y se mueve con ella. Como resultado, la velocidad de movimiento de la sustancia resulta ser menor que la velocidad de movimiento de la fase móvil. Cuanto más se absorbe una sustancia, más lento se mueve.
Si se cromatografía una mezcla de sustancias, entonces la velocidad de movimiento de cada una de ellas es diferente debido a la diferente afinidad por el sorbente, como resultado de lo cual las sustancias se separan: algunos componentes se retrasan al comienzo del camino, otros se mueven más lejos.
Clasificación de los métodos de análisis cromatográficos.
Los métodos cromatográficos de análisis son tan diversos que no existe una clasificación única para ellos. Muy a menudo, se utilizan varias clasificaciones, que se basan en los siguientes signos:
§ estado agregado de las fases móvil y estacionaria;
§ mecanismo de interacción de una sustancia con un sorbente;
§ la técnica de realizar el análisis (la forma de formalizar el proceso);
§ método de cromatografía (método de mover una sustancia a través de una columna);
§ el propósito de la cromatografía.
Según el estado de agregación de las fases, se distingue entre cromatografía de gases (fase móvil - gas o vapor) y cromatografía líquida (fase móvil - líquida).
Según el mecanismo de interacción de una sustancia con un sorbente, se distinguen los siguientes tipos de cromatografía: adsorción, distribución, intercambio iónico, sedimentario, redox, complejante, etc.
V dependencias de camino registro proceso distinguir de columna y planar cromatografía. V de columna cromatografia proceso división dirigir v columnas, lleno sorbente Planar cromatografia incluye v yo mismo dos variedades: cromatografia sobre papel y capa fina cromatografia sobre registros.
V dependencias de camino cromatografia distinguir el seguimiento puntos de vista cromatografía:
§ eluyente (desarrollando) cromatografía;
§ desplazamiento cromatografía;
§ frontal cromatografía.
Más a menudo en total, se utiliza un método de desarrollo de cromatografía. Consiste en que se introduce una mezcla de sustancias en un flujo continuo de la fase móvil (eluyente), que se absorben mejor que el eluyente. A medida que el eluyente se mueve a través de la columna con las sustancias sorbidas, se mueven a lo largo de la capa de sorbente a diferentes velocidades y, finalmente, la dejan en zonas separadas separadas por el eluyente.
El propósito del proceso cromatográfico se distingue: cromatografía analítica: un método independiente de separación, análisis cualitativo y cuantitativo de sustancias; cromatografía preparativa para aislamiento sustancias puras de la mezcla.
Cromatografía de gases
El método de cromatografía de gases se ha convertido en el más extendido, ya que la teoría y el diseño del hardware se han desarrollado más plenamente para él.
La cromatografía de gases es un método híbrido que permite la separación y determinación simultáneas de los componentes de la mezcla.
Como fase móvil (gas portador) se utilizan gases, sus mezclas o compuestos que se encuentran en estado gaseoso o vapor en condiciones de separación.
Como fase estacionaria se utilizan sorbentes sólidos (cromatografía de adsorción de gases) o un líquido depositado en una capa fina sobre la superficie de un vehículo inerte (cromatografía de gas-líquido).
Los beneficios de la cromatografía de gases analítica:
§ la capacidad de identificar y cuantificar componentes individuales de mezclas complejas;
§ alta claridad de separación y expresividad;
§ la capacidad de estudiar micromuestras y registrar automáticamente los resultados;
§ la capacidad de analizar una amplia gama de objetos, desde gases ligeros hasta de alto peso molecular compuestos orgánicos;
Enfoques teóricos básicos
La tarea de la teoría de la cromatografía es establecer las leyes del movimiento y el desenfoque de las zonas cromatográficas. La mayoría de las veces, se utilizan los siguientes enfoques para esto:
§ teoría de platos teóricos;
§ Teoría cinética.
La teoría de las bandejas teóricas se basa en el supuesto de que la columna se divide en pequeñas secciones: bandejas. Son las capas estrechas de la columna, en las que se establece el equilibrio de la distribución de la sustancia entre las fases móvil y estacionaria.
La teoría cinética conecta la eficiencia de separación con los procesos de difusión de sustancias en la columna debido al movimiento del flujo del gas portador. Cuando se mueve a lo largo de la columna, una sustancia está en una fase móvil o en una fase estacionaria, es decir, el proceso de cromatografía es de naturaleza escalonada. El tiempo que pasa la sustancia en ambas fases determina la velocidad de su movimiento a lo largo de la columna.
Parámetros de pico cromatográficos
Arroz. 5 Cromatograma de una mezcla de tres sustancias
1. El tiempo de retención (tR) es el tiempo desde el momento de la inyección de la muestra analizada hasta el momento del registro del máximo del pico cromatográfico. Depende de la naturaleza de la sustancia y es una característica cualitativa.
2. Altura (h) o área (S) del pico
S = Ѕ u h. (4)
La altura y el área del pico dependen de la cantidad de sustancia y son características cuantitativas.
El tiempo de retención consta de dos componentes: el tiempo de residencia de las sustancias en la fase móvil (tm) y el tiempo de residencia en la fase estacionaria (ts):
Diagrama esquemático de un cromatógrafo de gases y el propósito de las unidades principales.
El dispositivo para introducir una muestra 3 permite inyectar una cierta cantidad de la mezcla analizada en estado gaseoso en el flujo del gas portador inmediatamente antes de la columna. Incluye un evaporador y un dosificador.
La corriente de gas portador introduce la muestra analizada en la columna 5, donde la mezcla se separa en componentes constituyentes individuales.
Arroz. 6 Diagrama de bloques de un cromatógrafo de gases: 1 - un cilindro con un gas portador; 2 - unidad de preparación de gas; 3 - un dispositivo para introducir una muestra; 4 - termostato; 5 - columna cromatográfica; 6 - detector; 7 - amplificador; 8 - registrador
Estos últimos, en una mezcla con un gas portador, se alimentan a un detector 6, que convierte los cambios correspondientes en las propiedades físicas o fisicoquímicas de la mezcla de los componentes - gas portador, en comparación con un gas portador puro, en un gas portador señal. Un detector con una fuente de alimentación adecuada constituye el sistema de detección.
Las condiciones de temperatura requeridas del evaporador, la columna y el detector se logran colocándolos en los termostatos apropiados 4 controlados por un termostato. Si es necesario aumentar la temperatura de la columna durante el análisis, utilice un programador de temperatura. Los termostatos y un termostato con programador conforman un sistema de termostato, que también incluye un dispositivo de medición de temperatura.
La señal del detector convertida por el amplificador 7 se registra en forma de cromatograma por el registrador 8.
A menudo, se incluye en el circuito un integrador electrónico o una computadora para el procesamiento de datos.
Condiciones para realizar análisis cromatográficos
Al realizar el análisis cromatográfico, es necesario seleccionar las condiciones óptimas para la separación de los componentes analizados. Como regla general, al determinarlos, se guían por los datos de la literatura. Sobre su base, elija experimentalmente:
§ fase estacionaria en gas-líquido o adsorbente en cromatografía de adsorción de gas;
§ vehículo inerte sólido en cromatografía gas-líquido;
§ gas portador;
§ consumo de gas portador;
§ volumen de la muestra;
§ temperatura de la columna.
Analisis cualitativo
Los principales métodos para identificar sustancias:
1. Método de etiqueta
La primera versión del método se basa en el hecho de que, en las mismas condiciones, los tiempos de retención de la referencia (etiqueta) y las sustancias analizadas se determinan y comparan experimentalmente. La igualdad de los parámetros de confinamiento permite identificar la sustancia.
La segunda variante del método de etiquetado consiste en introducir un componente de referencia (etiqueta) en la mezcla analizada, cuya presencia se supone en la mezcla. Un aumento en la altura del pico correspondiente en comparación con la altura del pico antes de la adición del aditivo indica la presencia de este compuesto en la mezcla.
2. Uso significados literarios parámetros de retención.
Análisis cuantitativo
El análisis cuantitativo se basa en la dependencia del área del pico de la cantidad de sustancia (en algunos casos, se usa la altura del pico).
Hay varias formas de determinar las áreas pico:
§ por la fórmula, como el área de un triángulo;
§ usando un planímetro;
§ pesar los picos recortados (los picos del cromatograma se copian en un papel homogéneo, se recortan y se pesan);
§ utilizando un integrador electrónico;
§ usando una computadora.
La precisión del análisis cromatográfico cuantitativo está determinada en gran medida por la elección de los método racional cálculo de la concentración de sustancias. Los principales métodos son:
§ método de calibración absoluta,
§ método de normalización interna,
§ método estándar interno.
Método de calibración absoluta
La esencia del método radica en el hecho de que se introducen cantidades conocidas de una sustancia estándar en la columna cromatográfica y se determinan las áreas de los picos.
Con base en los datos obtenidos, se traza un gráfico de calibración. Luego se cromatografía la mezcla analizada y se determina el contenido de este componente según el gráfico.
Para calcular estos coeficientes, se determinan las áreas de los picos de al menos 10 mezclas estándar con diferentes contenidos de una determinada sustancia i. Luego usa la fórmula.
ki = ui q / (S 100),
donde ki es el factor de corrección absoluto de la i-ésima sustancia; ui - el contenido del i-ésimo componente en la mezcla estándar (%); S es el área del pico;
q - tamaño de la muestra (volumen, cm3 - para gases, μl - para líquidos, o masa, μg - para líquidos y sólidos).
Los coeficientes obtenidos de esta forma se promedian. Luego se analiza la mezcla de prueba y el resultado se calcula usando la fórmula
ui = ki S 100 / q.
El método de calibración absoluta es bastante simple, pero las condiciones necesarias para su uso son la precisión y reproducibilidad de la dosificación de la muestra, el estricto cumplimiento de la constancia de los parámetros del modo de cromatografía al calibrar el dispositivo y al determinar el contenido de la sustancia cromatografiada. .
El método de calibración absoluta se usa especialmente en la determinación de uno o varios componentes de una mezcla, en particular cuando se usa un cromatógrafo para controlar el modo de un proceso tecnológico por el contenido de una o una pequeña cantidad de sustancias en los productos. Este método es el principal en la determinación de trazas de impurezas.
Factores de corrección relativa
Debido a la baja precisión de la dosificación de la muestra, se han desarrollado varios métodos en los que el tamaño de la muestra no se utiliza en los cálculos. Estos métodos utilizan factores de corrección relativos. Tienen en cuenta las diferencias en la sensibilidad del detector utilizado a los componentes de la muestra analizada y dependen poco de los parámetros del proceso. Se encuentran de antemano para cada componente de la muestra.
Para determinar los coeficientes de corrección relativa (calibración), se prepara una serie de mezclas binarias de composición conocida, y los cromatogramas obtenidos se utilizan para calcular de acuerdo con la fórmula
ki = (i / st) / (Si / Sst), (4)
Puede utilizar mezclas de calibración y más sustancias, sin embargo, la precisión de la determinación puede disminuir.
Los factores de corrección relativa se utilizan en los métodos de normalización interna, estándar interno, etc.
Método de normalización interna
La esencia del método radica en el hecho de que la suma de las áreas de los picos de todos los componentes de la mezcla se toma como 100%.
Un prerequisito La aplicación del método es el registro de todos los componentes (el cromatograma contiene picos separados de todos los componentes de la mezcla).
La concentración del i-ésimo componente se calcula mediante la fórmula
i = ki Si 100 / U (ki Si).
Al calcular los factores de corrección de acuerdo con la fórmula (4) para este método, se puede seleccionar uno de los compuestos incluidos en la mezcla de prueba como estándar. El factor de calibración para una sustancia estándar es igual a 1.
Método estándar interno
La esencia del método radica en el hecho de que se introduce una cierta cantidad de una sustancia estándar (sustancia de referencia) en la mezcla analizada.
i = ki Si 100 r / Sst ..
donde ki es el factor de corrección relativo del i-ésimo componente, calculado por la fórmula (4); Si y Sst. - áreas de los picos del i-ésimo componente y del patrón interno; r es la relación entre la masa del patrón interno y la masa de la mezcla analizada (sin el patrón): r = mst./mezcla.
Requisitos para la sustancia utilizada como patrón interno:
§ no debe formar parte de la mezcla de prueba;
§ debe ser inerte con respecto a los componentes de la mezcla analizada y estar completamente mezclado con ellos;
§ El pico del estándar debe estar bien resuelto y ubicado en las inmediaciones de los picos de los compuestos que se determinan.
El patrón interno se selecciona de una serie de compuestos similares en estructura y propiedades fisicoquímicas a los componentes de la mezcla analizada. Los factores de corrección relativos de los componentes de la mezcla se determinan en relación con el patrón interno.
El método se aplica tanto con la condición de que todos los componentes de la mezcla analizada se registren en el cromatograma como en el caso de mezclas identificadas de forma incompleta. La principal dificultad radica en la elección y la dosis exacta de la sustancia estándar.
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El método cromatográfico para la separación y análisis de mezclas complejas fue descubierto por el botánico ruso M.S. Color. La cromatografía es una repetición múltiple de actos de sorción y desorción de una sustancia cuando se mueve en un flujo de una fase móvil a lo largo de un sorbente estacionario.
trabajo de término, agregado 13/03/2011
Métodos para la separación de mezclas azeotrópicas y zeotrópicas. Rectificación azeotrópica y heteroazeotrópica. Rectificación extractiva. Métodos para la síntesis de esquemas tecnológicos de separación. Algunas propiedades, efectos tóxicos, preparación y uso de componentes.
tesis, agregada el 01/04/2009
Ecuación de reacción química utilizando el método de electrones-iones. Determinación de los potenciales del agente oxidante y del agente reductor, la dirección del proceso, termodinámico características H, S, G... Fórmula electrónica de elementos para 2 y 4 números cuánticos.
trabajo de término, agregado 25/11/2009
El efecto de calor de una reacción química o un cambio en la entalpía de un sistema debido a la ocurrencia de una reacción química. La influencia de las condiciones externas sobre el equilibrio químico. Influencia de la presión, la concentración y la temperatura en la posición de equilibrio. Tipos de enlaces químicos.
Existen muchas clasificaciones de métodos de separación y concentración basadas en diferentes características. Consideremos el más importante de ellos.
1. La clasificación por la naturaleza del proceso se da en la Fig.
Arroz. 1
Los métodos de separación y concentración química se basan en la ocurrencia de una reacción química, que va acompañada de la precipitación del producto, el desprendimiento de gas. Por ejemplo, en el análisis orgánico, el método de concentración principal es la destilación: durante la descomposición térmica, la matriz se destila en forma de CO2, H2O, N2 y los metales se pueden determinar en la ceniza restante.
Los métodos fisicoquímicos de separación y concentración se basan en la mayoría de los casos en la distribución selectiva de una sustancia entre dos fases. Por ejemplo, en la industria petroquímica, la cromatografía es de gran importancia.
Los métodos físicos de separación y concentración se basan en la mayoría de los casos en un cambio en el estado de agregación de la materia.
2. Clasificación según la naturaleza física de las dos fases. La distribución de una sustancia se puede realizar entre fases que se encuentran en el mismo o diferente estado de agregación: gaseosa (G), líquida (F), sólida (T). De acuerdo con esto, se distinguen los siguientes métodos (Fig.).
Arroz. 2
En química analítica, los métodos de separación y concentración, que se basan en la distribución de una sustancia entre una fase líquida y una sólida, han encontrado la mayor importancia.
- 3. Clasificación por el número de actos elementales (pasos).
- § Métodos de una etapa: basados en una única distribución de una sustancia entre dos fases. La separación tiene lugar en condiciones estáticas.
- § Métodos de múltiples etapas: basados en la distribución múltiple de una sustancia entre dos fases. Hay dos grupos de métodos de varias etapas:
- - con repetición del proceso de distribución única (por ejemplo, reextracción). La separación tiene lugar en condiciones estáticas;
- - métodos basados en el movimiento de una fase en relación con otra (por ejemplo, cromatografía). La separación tiene lugar en condiciones dinámicas.
- 3. Clasificación por tipo de balanza (fig.).
Arroz. 3
Los métodos de separación termodinámica se basan en la diferencia en el comportamiento de sustancias en un estado de equilibrio. Son de gran importancia en química analítica.
Los métodos de separación cinética se basan en la diferencia en el comportamiento de las sustancias durante el proceso que conduce a un estado de equilibrio. Por ejemplo, en la investigación bioquímica, la electroforesis es de suma importancia. El resto de los métodos cinéticos se utilizan para separar partículas de soluciones coloidales y soluciones de compuestos de alto peso molecular. En química analítica, estos métodos se utilizan con menos frecuencia.
Los métodos cromatográficos se basan tanto en el equilibrio termodinámico como en el cinético. Son de gran importancia en química analítica, ya que permiten la separación y análisis simultáneo cualitativo y cuantitativo de mezclas multicomponente.
36. Métodos de separación de sustancias en química analítica.
Separación - es una operación (proceso) como resultado de la cual los componentes que componen la mezcla original se separan unos de otros. Los más extendidos son los siguientes métodos de concentración y separación preliminares.
Físico:
Métodos de evaporación
Derritiendo y cristalización (congelación
Ceniza - ceniza seca ceniza mojada (mojada) Flotación
Químico:
Sedimentación y coprecipitación centrifugación.
Complejidad.
Fisicoquímico:
Métodos cromatográficos
Métodos de sorción adsorción(absorción por superficie), absorción(absorción por volumen), quimisorción
Métodos electroforéticos -
Extracción-
2.3. Precipitación y coprecipitación
Coprecipitación coleccionista m (o portador de microcomponentes). En ausencia de un colector, el microcomponente no forma un precipitado, ya que no se logra el producto de solubilidad de los correspondientes compuestos que contienen el microcomponente. En la práctica analítica, tanto inorgánicos (hidróxidos de aluminio y hierro, fosfato de hierro) como coprecipitadores orgánicos (compuestos poco solubles de iones de sustancias orgánicas, como violeta de metilo, naranja de metilo, naftaleno, ácido α-sulfónico, dimetilaminoazobenceno). Se da preferencia a los coprecipitadores orgánicos, que permiten la separación de los iones detectados de las soluciones con una concentración de hasta 1:10 13 y son altamente selectivos. Además, los coprecipitantes orgánicos se incineran fácilmente, por lo que se pueden obtener elementos coprecipitados en forma pura.
37. Métodos de concentración de sustancias en química analítica. Concentración - operación (proceso), como resultado de lo cual aumenta la relación entre la concentración o cantidad de microcomponentes y la concentración o cantidad de macrocomponentes, o base (matriz).
Necesitar división y concentrarse puede deberse a los siguientes factores:
la muestra contiene componentes que interfieren con la determinación;
la concentración del analito está por debajo del límite de detección del método;
los componentes determinados están distribuidos de manera desigual en la muestra;
no existen muestras estándar para la calibración de instrumentos;
la muestra es altamente tóxica, radiactiva o cara.
Concentración absoluta - es la transferencia de microcomponentes de una gran masa (o gran volumen) de una muestra a una pequeña masa (o pequeño volumen). Esto aumenta la concentración de microcomponentes.
Concentración relativa (enriquecimiento) - es un aumento en la relación entre las cantidades de micro y macrocomponentes (separación de los microcomponentes determinados de la base, de los microcomponentes interferentes).
Los resultados de concentración caracterizan cuantitativamente factor de concentración (factor)F(también hay otras designaciones):
donde y - respectivamente la cantidad (o concentración) del microcomponente y el macrocomponente antes de la concentración; y - respectivamente la cantidad (o concentración) del microcomponente y el macrocomponente después de la concentración. En el caso de la concentración absoluta y es la cantidad (volumen) de la solución antes y después de la concentración.
Los más extendidos son los siguientes métodos de concentración y separación preliminares.
Físico:
Métodos de evaporación(evaporación, destilación, sublimación); Destilación (ampliamente utilizada para eliminar sustancias volátiles, por ejemplo, sales de amonio): la separación se basa en la diferente volatilidad de los componentes.
Derritiendo y cristalización (congelación) - la separación se basa en la transición predominante de uno de los componentes de la solución o fusión a la fase sólida (por ejemplo, el método de fusión por zonas utilizado para concentrar las impurezas).
Ceniza - un método en el que el material analizado inicial se convierte mediante tratamiento térmico en el aire en un residuo mineral: ceniza (a menudo utilizado en el análisis de materias primas medicinales). A ceniza seca la muestra se calienta lentamente y, después de eliminar los productos de combustión, se calcina a una temperatura de calor rojo (500 C o) hasta un peso constante; a ceniza mojada (mojada) la muestra se trata con una solución del reactivo apropiado (por ejemplo, humedecido con ácido sulfúrico concentrado), se calienta lentamente y, después de eliminar los productos de combustión, se calcina a una temperatura al rojo vivo hasta peso constante.
Flotación- la separación se basa en la diferencia en las densidades de la sustancia principal y las impurezas (utilizadas para separar la roca estéril).
Químico:
Sedimentación y coprecipitación- uno de los más simples y formas efectivas concentración de iones (se discutirá en detalle a continuación). Para la separación de sedimentos se usa mucho centrifugación.
Complejidad.
Fisicoquímico:
Métodos cromatográficos- un conjunto de diferentes métodos basados en la diferencia en la afinidad de los componentes separados que pasan de la fase móvil (líquido, gas) a la fase estacionaria (sólido, líquido viscoso). Por ejemplo, en la cromatografía de intercambio iónico, la separación se basa en diferencias en la capacidad de absorción de los componentes.
Métodos de sorción- basado en el uso de diferencias en la capacidad de los componentes separados o concentrados para ser absorbidos por sustancias portadoras (sorbentes). Distinguir adsorción(absorción por superficie), absorción(absorción por volumen), quimisorción(absorción acompañada de reacciones químicas).
Métodos electroforéticos - basado en el uso de diferencias en las velocidades de movimiento de partículas cargadas de sustancias disueltas en un campo eléctrico externo. Eficaz en la separación de sustancias tanto de bajo peso molecular como de alto peso molecular, por ejemplo, una mezcla de proteínas, aminoácidos, etc.
Extracción- un conjunto de métodos basados en el uso de diferencias en la solubilidad del componente extraído en dos fases inmiscibles en contacto (dos líquidas o líquidas y sólidas).
Por ejemplo, ditizona, kupferon y otros compuestos orgánicos forman complejos con ciertos iones metálicos, que se extraen fácilmente de soluciones acuosas con éter o cloroformo.
2.3. Precipitación y coprecipitación
Coprecipitación- precipitación simultánea de un microcomponente generalmente soluble con un macrocomponente precipitado de la misma solución debido a la formación de cristales mixtos, adsorción, oclusión, etc. El sedimento del macrocomponente se llama coleccionista m (o portador de microcomponentes).
En ausencia de un colector, el microcomponente no forma un precipitado, ya que no se alcanza el producto de solubilidad de los correspondientes compuestos que contienen el microcomponente.
En la práctica analítica, se utilizan coprecipitantes inorgánicos (hidróxidos de hierro y aluminio, fosfato de hierro) y orgánicos (compuestos poco solubles de iones de sustancias orgánicas, por ejemplo, violeta de metilo, naranja de metilo, naftaleno, ácido α-sulfónico, dimetilaminoazobenceno). . Se da preferencia a los coprecipitadores orgánicos, que permiten la separación de los iones detectados de las soluciones con una concentración de hasta 1:10 13 y son altamente selectivos. Además, los coprecipitantes orgánicos se incineran fácilmente, por lo que se pueden obtener elementos coprecipitados en forma pura.
38. Equilibrio de extracción. Ley de distribución de Nernst-Shilov.
Extracción- un conjunto de métodos basados en el uso de diferencias en la solubilidad del componente extraído en dos fases inmiscibles en contacto (dos líquidas o líquidas y sólidas). En la mayoría de los casos, la química analítica utiliza una combinación de dos fases inmiscibles en contacto "disolvente orgánico - solución de agua sustancias separadas (recuperables) ". En este caso, hablan de líquido extracción. Para la extracción se selecciona un disolvente orgánico en el que el analito se disuelve bien y los demás componentes de la mezcla son prácticamente insolubles. Ventajas de los métodos de extracción:
sencillez
disponibilidad
selectividad
la capacidad de trabajar con concentraciones altas y bajas
velocidad de realización
equipo barato, etc.
donde a (org) y a (aq) son las actividades de equilibrio de la sustancia A en las fases orgánica y acuosa, respectivamente. El valor de P en este caso se llama constante de distribución(termodinámica verdadera), es constante a una temperatura constante para un sistema dado.
Considerando que la actividad es igual al producto del coeficiente de actividad por la concentración
R R, el más completo materia orgánica se extrae de la solución acuosa a la fase orgánica.
De estas ecuaciones se deduce que el método de extracción no puede separar completamente la sustancia de la fase acuosa a la orgánica en condiciones de equilibrio, ya que la concentración de equilibrio de la sustancia en la fase acuosa es diferente de 0.
39. Equilibrio de extracción. Constante de distribución, coeficiente de distribución. Tasa de extracción. Factor de separación de dos sustancias. Condiciones para separar dos sustancias.
Consideremos la distribución de la sustancia A entre dos fases líquidas orgánicas y acuosas inmiscibles en contacto a temperatura constante: A (aq) ↔ A (org). Este equilibrio se caracterizará por una constante de equilibrio P igual a
donde a (org) y a (aq) son las actividades de equilibrio de la sustancia A en las fases orgánica y acuosa, respectivamente. El valor de P en este caso llamado constante de distribución(termodinámica verdadera), es constante a una temperatura constante para un sistema dado. Teniendo en cuenta que la actividad es igual al producto del coeficiente de actividad por la concentración
Si naturaleza química La sustancia A es la misma en ambas fases líquidas y
Estas fórmulas reflejan la ley de distribución de Nernst. Constante R depende de la naturaleza de la sustancia distribuida y de las fases líquidas y la temperatura. Cuanto mas R, cuanto más completamente se extrae la materia orgánica de la solución acuosa a la fase orgánica. De estas ecuaciones se deduce que el método de extracción no puede separar completamente la sustancia de la fase acuosa a la orgánica en condiciones de equilibrio, ya que la concentración de equilibrio de la sustancia en la fase acuosa es diferente de 0.
Muchas sustancias se encuentran a menudo en fases líquidas orgánicas y acuosas en contacto inmiscibles en una forma química diferente. Por ejemplo, los ácidos orgánicos débiles en solución acuosa están parcialmente en forma ionizada, es decir, en solución acuosa, hay dos formas: moléculas y aniones ácido débil... En la fase orgánica, la dimerización de moléculas de ácido es posible debido a la formación de enlaces de hidrógeno, es decir, en la fase orgánica, hay dos formas químicas del ácido: monómero y dímero. En tales casos (y son muy comunes), se tiene en cuenta la existencia total de varias formas de la sustancia distribuida introduciendo el coeficiente de distribución D (también hay otras designaciones de letras para el coeficiente de distribución):
donde es la suma de las concentraciones de equilibrio en orgánicos masa total(monto total) en ambas fases: 
S (A / B) = 1 la separación de dos sustancias A y B es imposible. La separación es posible si se cumplen las dos condiciones siguientes:
S( A / B) ≥ 10 4 y D(A) D(B) ≤ 1. Constante de extracciónPARA la ex ,
Los métodos instrumentales directos a menudo no se pueden utilizar en el análisis de muchos objetos complejos debido a la distribución no homogénea de los componentes en la muestra o debido a las dificultades de calibración cuando no hay muestras estándar de composición conocida. Esto puede ser cierto para una variedad de industrias, geológicas, materiales biológicos, objetos ambientales, así como sustancias de alta pureza que contienen algunos componentes al nivel de μg / l, ng / g, ng / l. En tales casos, recurren a la concentración y separación de microcomponentes, la separación de la mayor parte de macrocomponentes o elementos de impurezas, seguido del análisis del concentrado resultante por varios métodos químicos e instrumentales.
Las operaciones de separación y concentración se basan en los mismos procesos y métodos basados en la diferencia entre productos químicos y propiedades físicas componentes a separar: solubilidad, sorción, temperaturas de ebullición y sublimación y, que difieren en las concentraciones de los componentes a separar.
Separación es un proceso u operación, como resultado del cual los componentes que componen la mezcla inicial, y cuyas concentraciones pueden ser comparables, se separan entre sí.
Concentración es un proceso u operación que da como resultado un aumento en la relación de concentraciones o cantidades de microcomponentes a la concentración o cantidad de macrocomponentes.
Extracción - un método de separación y concentración basado en la distribución de un soluto entre dos fases inmiscibles (normalmente, en la práctica, una fase es una solución acuosa y la otra es un disolvente orgánico). Las principales ventajas del método de extracción:
1) la posibilidad de variar la selectividad de separación
2) la capacidad de trabajar con analitos a diferentes niveles de concentración;
3) facilidad de diseño tecnológico y de hardware;
4) la capacidad de implementar un proceso continuo, automatización;
5) alto rendimiento.
Los métodos de extracción para el aislamiento de sustancias han encontrado una amplia aplicación en el análisis de componentes de algunas industrias y sitios naturales... La extracción se realiza con la suficiente rapidez, al tiempo que se logra una alta eficiencia de separación y concentración, y es fácilmente compatible con una variedad de métodos de análisis. Muchos métodos analíticos de extracción se han convertido en prototipos de importantes procesos tecnológicos de extracción, especialmente en la energía nucleoeléctrica.
Términos básicos del método de extracción:
extractante- un disolvente orgánico, contenga o no otros componentes y un extractante de la fase acuosa;
componente de extracción- un reactivo que forma un complejo o sal con el componente a extraer, que puede extraerse;
diluente- un disolvente inerte (orgánico) utilizado para mejorar las propiedades físicas (densidad, viscosidad, etc.) o de extracción (por ejemplo, selectividad) del extractante. La inercia se refiere a la incapacidad de formar compuestos con el material a recuperar.
extraer- la fase orgánica separada que contiene la sustancia extraída de la fase acuosa;
reextracción- el proceso de extracción inversa de la sustancia del extracto a la fase acuosa;
reextractante- una solución (generalmente acuosa o solo agua) utilizada para extraer la sustancia del extracto;
volver a extraer- la fase separada (generalmente acuosa) que contiene la sustancia recuperada del extracto como resultado del decapado;
salar- mejorar la extracción de la sustancia mediante la adición de un electrolito (agente de salinidad), que contribuye a la formación de un compuesto extraíble en la fase acuosa.
Tipos de sistemas de extracción
Al realizar la extracción líquido-líquido, se pueden distinguir varios tipos de sistemas de extracción.
Sistemas de extracción tipo I. En estos sistemas de extracción, se utilizan disolventes orgánicos o sus mezclas como fase orgánica, y como fase acuosa se utilizan agua o soluciones salinas acuosas. El uso generalizado de tales sistemas de extracción se explica por el bajo costo del agua como solvente, su limitada miscibilidad con muchos solventes orgánicos y también por el hecho de que, en la inmensa mayoría de los casos, el objeto que debe extraerse es inicialmente en una solución acuosa o se transforma en un estado soluble en agua durante la preparación de la muestra del objeto. ...
En algunos casos, los sistemas de extracción de tipo I no son aptos para su funcionamiento; en este caso, se utilizan sistemas de extracción de tipo II.
Sistemas de extracción tipo II. En estos sistemas de extracción, se usa un hidrocarburo alifático como fase no polar, mientras que la segunda fase es un solvente orgánico polar, o su solución acuosa, o una solución de haluro de zinc en un solvente orgánico polar. Por regla general, como hidrocarburo alifático se utilizan con mayor frecuencia hidrocarburos de bajo punto de ebullición, en particular hexano, heptano, octano, ciclohexano o éter de petróleo.
Un criterio importante para la selección de disolventes para el sistema de extracción es la miscibilidad limitada de las fases de extracción.
Métodos de extracción
Dependiendo del problema a resolver se utiliza extracción simple, extracción por lotes o extracción a contracorriente. La extracción periódica es la extracción de una sustancia de una fase con porciones separadas de extractante fresco. Con residual valores altos coeficiente de distribución, una única extracción permitirá la extracción cuantitativa de la sustancia en la fase orgánica. La eficiencia de una sola extracción se puede caracterizar por el grado de extracción -R,%, calculado por la fórmula: $ R = org * 100% / total $ donde org. - la cantidad de sustancia A en la fase orgánica; total: la cantidad total de sustancia A en ambas fases.
Si una sola extracción no proporciona un grado suficiente de recuperación, entonces R puede aumentarse aumentando el volumen de la fase orgánica o recurriendo a la extracción múltiple.
La extracción periódica se realiza preferiblemente en un embudo de decantación, en el que se introduce una solución acuosa que contiene el compuesto a extraer y un disolvente orgánico inmiscible con la fase acuosa. A continuación, se agita vigorosamente el embudo para asegurar el contacto de las fases. Después de agitar, se separan las fases.
Una seria desventaja de la extracción múltiple es la dilución significativa del componente recuperado, especialmente si el número de etapas es grande. El consumo del extractante se puede reducir si la extracción exhaustiva se realiza en un aparato de extracción continua. La extracción continua se realiza con movimiento continuo y relativo de las dos fases; una de las fases, generalmente agua, permanece inmóvil.
La extracción continua es especialmente conveniente cuando el coeficiente de partición es muy bajo y sería necesario realizar muy Número grande extracciones sucesivas. Principio general la extracción continua consiste en destilar el extractante del matraz de destilación, condensarlo y pasarlo por la solución a extraer. El extractante se separa y fluye de regreso al matraz receptor, de donde se destila nuevamente y se repite el ciclo, mientras que la sustancia extraíble permanece en el matraz receptor. En el caso de que el solvente no se pueda destilar fácilmente, se pueden agregar continuamente porciones de solvente nuevo desde el depósito, pero el consumo del extractante será significativo.
La extracción en contracorriente se realiza en un aparato Craig, que consta de una serie de celdas de diseño especial, dispuestas de tal manera que una fase (por ejemplo, orgánica) pasa secuencialmente de una celda a otra después de cada distribución de equilibrio.
Representación esquemática de un aparato de extracción a contracorriente
Antes del inicio de la extracción, todas las células se llenan parcialmente con un disolvente pesado, que es una fase estacionaria. En la celda 0, la mezcla a separar se coloca en el mismo disolvente. A continuación, se introduce en la celda 0 un disolvente más ligero inmiscible con el primero (fase móvil). Las fases se mezclan y se dejan separar. Después de la separación de fases capa superior de la celda 0 se transfiere a la celda 1, y se introduce una nueva porción de disolvente fresco en la celda 0 y se lleva a cabo una extracción simultánea en ambas celdas. A continuación, las capas superiores de las celdas 0 y 1 se transfieren a las celdas 1 y 2, respectivamente, se vuelve a introducir una nueva porción de la fase móvil en la celda 0 y se repite el proceso de extracción. La introducción de disolvente nuevo en el sistema permite realizar cualquier número de extracciones.
La extracción a contracorriente tiene una gran eficiencia de separación. Con su ayuda, es posible separar sustancias con cerca propiedades químicas... Por ejemplo, este método se ha utilizado para separar elementos de tierras raras. La separación en contracorriente se usa ampliamente para el fraccionamiento de compuestos orgánicos. Un inconveniente importante de la extracción a contracorriente es la fuerte dilución de los componentes durante la separación.
Los métodos de separación y concentración se utilizan para separar mezclas complejas de componentes múltiples, aislar el analito de la mezcla y aumentar la concentración del analito en la muestra. Estos métodos incluyen: extracción, aislamiento y concentración por precipitación, evaporación, incineración y fundición por zonas. Es más correcto referir estos métodos a métodos fisicoquímicos, ya que se basan en propiedades de sustancias como solubilidad, volatilidad, fusión, cristalización.
La necesidad de separación y concentración al realizar una investigación experta puede deberse principalmente a los siguientes factores:
- la concentración del analito está por debajo del límite de detección del método;
- la muestra de prueba contiene componentes que interfieren con la determinación.
Extracción - el proceso de extraer componentes individuales de una mezcla compleja usando un solvente. Cuando se trabaja con muestras sólidas (polvo finamente molido), se usa una solubilidad diferente de los componentes individuales de la mezcla, y cuando se extrae de una solución, se usa una distribución diferente de los componentes de la mezcla en dos líquidos inmiscibles.
Estos métodos se utilizan ampliamente en el estudio de objetos de examen forense, tanto para la investigación preliminar como para la preparación para el análisis posterior de objetos tales como materiales de escritura, papel, pintura y materiales de barniz y pintura, pólvora, fibras, marcas de identificación, materiales poliméricos, drogas y medicinas, derivados del petróleo y combustibles y lubricantes, suelos y minerales.
Sedimentación. Métodos de aislamiento y concentración por precipitación: basados en la separación de componentes de una mezcla en forma de un compuesto escasamente soluble o por coprecipitación sobre un precipitado escasamente soluble de un compuesto inorgánico, orgánico o mixto.
Evaporación Es un proceso de separación y purificación de sustancias, en el que una sustancia líquida o sólida, cuando se calienta, se convierte en un estado gaseoso (se evapora de una mezcla), y luego, cuando se enfría, se condensa, formando nuevamente una fase líquida o, a veces, sólida. .
Se distinguen los métodos: destilación, evaporación fraccionada (destilación), sublimación.
Destilación o evaporación simple: un proceso de una etapa de separación y concentración de sustancias.
Destilación o evaporación fraccionada basado en la diferente volatilidad de las sustancias. La separación y concentración de los componentes de la mezcla se produce debido a la diferencia en sus puntos de ebullición y la evaporación de los componentes individuales en diferentes temperaturas En Diferentes Momentos.
Sublimación (sublimación) – se trata de la transferencia de una sustancia de un estado sólido a un estado gaseoso y su posterior precipitación en forma sólida (sin pasar por la fase líquida). Para sublimar trazas de sustancias, a menudo se utiliza el método del "dedo frío", en el que el componente traza se condensa en una varilla enfriada ubicada dentro de un recipiente cerrado directamente encima de la muestra calentada; si es necesario, el sistema se evacúa
Métodos de incineración- estos son métodos de concentración, que consisten en la mineralización de los objetos de análisis - compuestos orgánicos y organometálicos, materiales animales y vegetales, suelos para análisis elemental posterior.
Se utilizan para la preparación de objetos de examen forense de documentos, examen biológico forense, examen de sustancias, materiales y productos de ellos, para análisis elemental por métodos químicos y espectrales. Es posible diferenciar un tipo de papel por el color del residuo de ceniza y una determinación aproximada del tipo de relleno. La mineralización de productos farmacéuticos se utiliza para la determinación aproximada de una sustancia medicinal por el tipo de residuo de ceniza.
Zona de fusión Es un método de purificación de sustancias sólidas resistentes al calor basado en la redistribución de los componentes de la mezcla en la masa fundida (entre las fases líquida fundida y sólida en contacto).
La condición para el uso del método de fusión por zonas es la estabilidad térmica de la sustancia a la temperatura de fusión y su capacidad para cristalizar. La ausencia de disolventes en el proceso de purificación prácticamente elimina la pérdida de la sustancia, posible debido a su separación incompleta de la solución.