Fizikalne kemijske metode ločevanja in koncentracije elementov. Metode ločevanja in koncentracije

Ločitev je operacija, ki vam omogoča, da ločite komponente vzorca drug od drugega. Uporablja se, če nekatere vzorčne komponente vplivajo na definicijo ali odkrivanje drugih, t.j. če metoda analize ni dovolj selektivna in je treba izogniti uvedbi analitičnih signalov. Hkrati je koncentracija ločljivih snovi običajno blizu.

Koncentracija je operacija, ki vam omogoča, da povečate koncentracijo mikrokomponente glede na glavne sestavine vzorca (matrika). Uporablja se, če je koncentracija mikrokomponentnih manjši od omejitve zaznavanja Cmin, t.j. če metoda analize ni dovolj občutljiva. V tem primeru se koncentracije komponent zelo razlikujejo. Pogosto se koncentracija kombinira z ločevanjem.

Ločitev in koncentracija imata veliko skupnega, enake metode se uporabljajo za te namene. So zelo raznolike.

Obstaja veliko klasifikacij ločenih in koncentracijskih metod, ki temeljijo na različnih znakih.

a) Razvrstitev po naravi procesa

Metode ločevanja kemikalij in koncentracije temeljijo na pretoku kemijska reakcijaki ga spremljajo padavine izdelka, sproščanje plina.

Fizika kemične metode Ločevanje in koncentracija najpogosteje temelji na selektivni porazdelitvi snovi med obema fazama.

Fizične metode ločevanja in koncentracije najpogosteje temeljijo na spremembi skupnega stanja snovi.

b) Razvrstitev fizične narave dveh faz

Porazdelitev snovi se lahko izvede med fazami, ki so v istem ali različnem agregatnem stanju: plinasto (g), tekočina (g), trdna (t).

c) Razvrstitev po številu osnovnih dejanj (korakov) \\ t

Enostopenjske metode temeljijo na eni sami porazdelitvi snovi med obema fazama. Ločevanje poteka v statičnih pogojih.

Multistage metode temeljijo na večkratni porazdelitvi snovi med dvema fazama. Obstajata dve skupini večstopenjskih metod: s ponovitvijo procesa enkratne porazdelitve, metode, ki temeljijo na gibanju ene faze glede na drugo.

d) Klasifikacija ravnotežja

Termodinamične metode ločevanja temeljijo na razlikah v vedenju snovi v ravnotežnem stanju. Imajo največja vrednost v analitični kemiji.

Metode kinetične ločevanja temeljijo na razlikah v vedenju snovi med postopkom, ki vodi do ravnotežnega stanja. Na primer, elektroforeza ima največji pomen v biokemičnih študijah. Preostale kinetične metode se uporabljajo za ločevanje delcev koloidnih raztopin in raztopin visokih molekulskih spojin. V analitični kemiji se te metode pogosto uporabljajo manj.

Kromatografske metode temeljijo na termodinamiku, v kinetičnem ravnovesju. So zelo pomembne v analitični kemiji, ker omogočajo, da izvedejo ločevanje in hkrati visoko kakovostne in kvantitativna analiza Multikomponentne mešanice.

Ionska izmenjava

Ionska izmenjava je reverzibilni stoichoometrični proces, ki se pojavi na meji faze odseka Ion - elektrolitsko raztopino.

Ionites so visoke molekulske mase polielektrolite različne gradnje in sestava. Glavna lastnost ionitov je, da se absorbirajo iz raztopine kationov ali anionov, ki poudarjajo enakovredno število ionov istega znaka za polnjenje v raztopino.

Kromatografske metode analize

Kromatografija je dinamična metoda ločevanja in določanja snovi, ki temeljijo na večkratni porazdelitvi komponent med obema fazama - premični in fiksni. Snov vstopi v sorbentno plast skupaj s pretokom mobilne faze. V tem primeru je snov sorbed, nato pa s stikom s svežimi deli mobilne faze - je desorbed. Gibanje mobilne faze je nenehno, zato se jerpcija in desorpcija snovi nenehno pojavljajo. V tem primeru je del snovi v fiksni fazi v sorbed državi, del pa je v premični fazi in se premika z njo. Posledično se stopnja gibanja snovi izkaže, da je manjša od hitrosti gibanja mobilne faze. Močnejša snov je rarbed, počasnejša se premika. Če je mešanica snovi kromatografirana, je hitrost gibanja vsakega od njih drugačna zaradi drugačne afinitete za sorbent, zaradi katere so snovi ločene: nekatere komponente se odložijo na začetku poti, drugi se gibljejo.

Odvisno od skupnega stanja faz se odlikuje plinska kromatografija (gibljiva faza - plin ali parna) in tekočinska kromatografija (premikajoča se faza - tekočina).

V skladu z mehanizmom interakcije snovi s sorbentom se razlikujejo naslednje vrste kromatografije: adsorpcija, distribucija, ionska izmenjava, sedimentna, redoks, kompleksnost itd.

Metoda plinskega kromatografije je bila najpogostejša, saj sta teorija in strojna oprema najbolj razvita. Plinska kromatografija je hibridna metoda, ki hkrati omogoča ločevanje in določanje sestavnih delov zmesi. Uporabljajo se kot mobilna faza (plinski nosilec), plini, zmesi ali spojine, ki se nahajajo pod pogoji ločevanja v plinastem ali parnem stanju. Kot fiksna faza se uporabljajo trdni sorbenti ali tekočina, ki se uporablja s tanko plastjo na površini inertnih medijev.

V praksi kemijske analize obstajajo pogosto primeri, ko druge komponente, ki so prisotne v analiziranem vzorcu, preprečujejo zanesljivo in natančno določitev komponente, vključno z glavnimi sestavinami vzorčne matrike. Odpravite učinek mečenja komponent na dva načina. Prva metoda tako imenovana maskiranje Prevajanje komponente motenja v analitično neaktivno obliko. To operacijo se lahko izvede neposredno v analitičnem sistemu, medtem ko je vmesna komponente v istem sistemu.

Ta sprejem ni vedno mogoče izvajati, zlasti pri analizi večkomponentnih mešanic. V tem primeru se uporablja druga metoda - ločevanje sestavnih delov in (ali) koncentracija sestavnega dela komponente. Koncentracija določene komponente se uporablja tudi, če se njena vsebnost v analiziranem sistemu izkaže pod mejo zaznavanja izbrane analitske metode. Operacije ločevanja in koncentracije se pogosto združijo.

Ločevanje - To je operacija (proces), zaradi česar so sestavni deli, ki sestavljajo začetno zmes, ločeni drug od drugega.

Koncentracija - Delovanje (postopek), zaradi katerega se povečuje razmerje koncentracije ali številu mikrokomponento, na koncentracijo ali število macroapa.

Pri koncentraciji se mikrokomponenti zbirajo v manjši volumenski ali masni ( absolutna koncentracija), bodisi ločeni od makrokomponente, tako da se je razmerje med koncentracijo mikrokomponento v koncentraciji makrokomponente ( relativna koncentracija). Primer absolutne koncentracije je lahko izhlapevanje vzorca pri analizi naravnih voda.

Razlikujte skupina in posameznika Ločevanje in koncentracija. S skupino za en sprejem se razlikujejo več komponent, posameznika - ena.

Mnoge metode ločevanja in koncentracije temeljijo na razlikami v distribuciji snovi med dvema fazama. V tem primeru postopek vključuje dve fazi: prvi - stik faz in vzpostavitev ravnotežja med njimi in drugo je ločitev faz.

Metode ločevanja so razvrščene:

a) z naravo postopkov ločevanja;
b) skupno stanje zaključka faz;
c) naravo procesov ločevanja.

Najpogostejša je klasifikacija narave postopkov delitve: fizikalno-kemijska (padavine in kopje, ekstrakcija, sorpcija, elektrokemijske metode, itd) in fizikalne (izhlapevanje, taljenje območja, smerna kristalizacija itd.). Hkrati je za vsako področje znanosti ali tehnologije, v kateri se uporablja kemijska analiza, je značilna njegova niz ločevanja in metod koncentracije. Na primer, pri analiziranju odpadkov in naravne vode organske snovi Po potrebi se uporabljajo sorpcijske metode, izhlapevanje frakcije, ločevanje hlapnih organskih snovi z izhlapevanjem, ekstrakcijskimi in kromatografskimi metodami ločevanja.

Med ločevanjem so možne naslednje kombinacije faze stika: Plin - tekočina, plin - tRD, Tekočina - tekočina, tekočina - trdna snov. Ločitev se lahko izvede s statičnimi (enostopenjskimi), dinamičnimi ali kromatografskimi (večstranskimi) metodami.

Pri opisu ločevanja in koncentracije se uporabljajo naslednje kvantitativne značilnosti:

Distribucijski koeficient med fazami v stik

kjer C, in C "- koncentracija komponente v prvem in drugem fazah;

Stopnja ekstrakcije

Ločevalni koeficient.

Koeficient koncentracije

kjer je q 0 in ° M. - znesek določene komponente in matrike v vzorcu do postopka ločevanja in (ali) koncentracijo; Q. in Q M. - količine komponente in matrike v analiziranem sistemu po postopku ločevanja in (ali) koncentraciji.

Trenutno, tako imenovani hibrid in kombinirane metodeV katerem se ločevanju, koncentracija in dejansko kemijska analiza združijo v enem instrumentu. Na primer, pri analiziranju naravni prostori (Voda, led, zemlja) za prisotnost v njih težke kovine Metoda obračalne voltametrije se zelo pogosto uporablja. V tej metodi prvi fazi zgodi elektrokemijsko ločevanje in koncentracijo mikrostrumov težkih kovin na površini elektrode, in na drugi - Voltamometrični analizi nastalega koncentrata.

Maskiranje. Maskiranje se doseže z uvedbo snovi na analizirani sistem, ki prevaja komponento, ki visi v analitično neaktivni obliki. Hkrati se nastajanja nove faze ne pojavi, kot se izvede med ločitvijo, zato so postopki ločevanja faz izključeni pred analizo.

Obstajata dve vrsti maskirnega - termodinamične (ravnotežje) in kinetične (neenaka). V termodinamični maskiranju se oblikujejo pogoji, pod katerimi je koncentracija moteče komponente v analitično aktivna oblika Izkazalo se je pod mejo zaznavnosti, ki jo uporablja analitska metoda. Na kinetični maskiranju dosegajo pomembne razlike v reakcijskih stopnjah določene in vmešavalne komponente z reagentom, ki se uporablja za njihovo zaznavanje.

Operacije za maskiranje uporabljajo naslednje skupine maskirnih snovi.

1. Snovi, ki presegajo sestavne dele v enakomerni celovitem spojini. Na primer, železo (W) tvori krvavi rdeči kompleks 3.
2. Snovi, ki spreminjajo stopnjo oksidacije motečega iona. Na primer, za odpravo motečega učinka kroma (W) se običajno oksidira na krom (U1).
3. Snovi, ki serijo moteče ione, vendar oborine ni mogoče ločiti.
4. Snovi s posebnim ukrepom. Na primer, v metodi inverzijske voltametrije v analiziranem sistemu se lahko dodamo mravljično kislino, ki razgradnjo pod delovanjem ultravijoličnih radikalov za radikale, veže raztopljenega kisika in uničuje organske površinsko aktivne snovi.

Tako imenovani maskirni indeks se uporablja za ocenjevanje učinkovitosti maske. 1 T:

kje Z 0. - splošno koncentracijo vmešavalne komponente; Z - Koncentracija komponente v analitično aktivni obliki. Indeks maskiranja se lahko izračuna z ravnotežnimi konstanti ustreznih maskirnih reakcij.

Ekstrakcija. Ekstrakcijo Fizikalno-kemijski proces porazdelitve snovi med obema fazama se imenuje, najpogosteje med dvema neobjasnima tekočinama (običajno med vodami in organskimi topili) in ustrezni metodi izolacije, ločevanja in koncentracije snovi.

Med ekstrakcijo se lahko pojavi več procesov: tvorba ekstrahiranih spojin, porazdelitev teh spojin med obema fazama, reakcijo v organski fazi (disociacija, združenje, polimerizacija). Komponenta, ki je odgovorna za tvorbo ekstrahirane spojine, se imenuje ekstrakcijo. IMERT ORGANSKA Topila, v katerih se ekstraktanta raztopi in ki prispeva k izboljšanju fizičnih in ekstrakcijskih lastnosti ekstraktacije, se imenujejo razredčila. Razložnost mora imeti gostoto bistveno bolj ali manj gostote vode in šibko topnost v vodi, da bi olajšala razdelitev vodne in organske faze, pa tudi nizko toksičnost. Se imenuje faza, ki vsebuje ekstrahirano spojino izvleček. Povratni prenos ekstrahirane snovi iz organske faze v vodno reaxtraction.in rešitev, ki se uporablja za to - reekstregept.

Ekstrakcija poteka le, če je ekstraktirana spojina bolje topna v organski fazi kot v vodi. To se izkaže, da je mogoče, če je spojina hidrofobna. Hidrofobnost je zagotovljena s prevod ekstrahirane snovi v intracoplex spojino (kelatski kompleks), ki vsebuje velike hidrofobne organske ligande, nevtralizacijo njegovega naboja zaradi tvorbe nevtralnih kompleksov ali ionskih sodelavcev, solivanje ekstrahirane spojine iz ekstraktanskih molekul . Ekstrakcija ionskih sodelavcev se izboljšuje s povečanjem velikosti ionov in zmanjšanja njihovega naboja.

Ekstrakcijo lahko izvedemo s periodičnimi ali stalnimi metodami. Periodično ekstrakcijo je ekstrakcija snovi s posameznimi deli svežega ekstrakta. V tem primeru, z dovolj visoke vrednosti Distribucijski koeficient Tudi enkrat Ekstrakcija omogoča kvantificiranje snovi. Stalno ekstrakcijo se izvaja z neprekinjenim stikom in relativnim gibanjem dveh faz. Hkrati pa ena od faz ostane mirujoča, druga pa poteka skozi volumen prvega v obliki ločenih kapljic.

Metode ekstrakcije so primerne za ločevanje, koncentracijo, ekstrakcijo komponent mikro ali makrov, individualno in skupinsko ekstrakcijo komponent pri analizi različnih naravnih objektov. Metoda je preprosta in hitra, zagotavlja visoko zmogljivost ločevanja in koncentracije ter združljiva z različnimi analitične metode. Selektivnost ločevanja se lahko izboljša z optimizacijo procesnih pogojev, kot je izbira ustreznega pH, razredčilo, koncentracija ekstraktatorja, uvedba maskirnega sredstva.

Kromatografija. V primerih, ko se distribucijski koeficienti sestavin mešanic med obema fazama rahlo razlikujejo, se lahko razdelijo le z dinamičnimi kromatografskimi metodami. Kromatografija Postopek ločevanja snovi, ki temeljijo na razliki v njihovih distribucijskih koeficientih med dvema fazama, od katerih je eden še vedno, druga pa se premika glede na prvo. Zahtevani pogoji Za kromatografijo, prisotnost dovolj velike površine particije med fazami in dinamično metodo ločitve (ena faza se premika glede na drugo). Kombinacija teh dveh pogojev zagotavlja visoko učinkovitost kromatografije, ki omogoča ločevanje med seboj zelo blizu njihovih lastnosti snovi, na primer, na primer izotopi elementov ali optičnih izomerov.

Obstaja več načinov za razvrščanje kromatografskih metod.

1. Po skupnem stanju premične faze se razlikujeta tekoča in plinska kromatografija. Tekočinska kromatografija, odvisno od skupnega stanja fiksne faze, so razdeljena na trdno-fazno in tekočo tekočinsko kromatografijo. Slednje se pogosto imenuje distribucijska kromatografija. Plinska kromatografija, odvisno od agregatnega stanja stacionarne faze, so razdeljene v plinsko črpalko (trdna fiksna faza) in plinsko-tekočina ali porazdelitev plina.
2. Glede na mehanizem distribucije sestavnih delov je kromatografija razdeljena na molekularno in kemično. Pri molekularni kromatografiji se interakcija med fiksno fazo in komponentami skupne zmesi izvede zaradi intermolekularnih sil v van der Waals. Kmetijska kromatografija vključuje ionsko izmenjavo, sedimentarno, ligandsko izmenjavo (kompleksno metodo), Redox. V tem primeru se ločitev sestavin zmesi pojavi zaradi ustreznih kemijskih reakcij.
3. V skladu z metodo izvedbe je kromatografija razvrščena v čelno, razvijanje (eluent) in premakljive. V analitični kemiji se najpogosteje uporablja razvojna kromatografija.
4. Tehnika izvajanja odlikuje s kolonsko kromatografijo (fiksna faza je v stolpcu) in ravnina - papir ali tanek sloj (fiksno fazno - papirnato ploščo ali tanek sloj sorbenta na stekleni ali kovinski plošči).

Bistvo kromatografske metode je naslednje. V zgornjem delu stolpca se majhna količina skupne zmesi izvede na tanki plasti sorbenta ali na traku papirja (večkrat manj kot volumen fiksne faze). Komponente mešanice so sorbed v zgornjih slojih sorbenta v stolpcu ali v vzorčni aplikaciji v primeru ravnine kromatografije, in šibko sorbed komponent premikajo vzdolž kolona ali rahlo točk dlje kot močno sorbed komponente. Oblikovana je tako imenovani primarni kromatogram, v katerem se polno ločevanje komponent praviloma ne pojavi.

Da bi dosegli popolno ločevanje, se primarni kromatogram prikaže s pranjem kolona (obdelava tanke plasti sorbenta, papirja) z ustreznim topilom (premično fazo). Hitrost gibanja ločenih komponent v smeri gibanja mobilne faze je določena z njihovim distribucijskim koeficientom med premikanjem in fiksnimi fazami. Večji distribucijski koeficient, hitreje se komponenta premakne. Če so pogoji za izvedbo postopka (narava fiksnih in mobilnih faz, dolžina kolone, je hitrost gibanja mobilne faze) pravilno izbran, potem pa je popolna ločitev komponent, in so dosledno v drugem stolpcu. Tako postane mogoče izbrati frakcije, ki vsebujejo posamezne komponente mešanice in jih analizirati z ustreznimi analitičnimi metodami.

V sodobnih plinskih in tekočih kromatografih je detektor nameščen na vtičnici kolone, ki vam omogoča, da registrirate dejstvo prehoda katere koli komponente skozi stolpec. Do takrat sestavnega dela je mogoče ugotoviti njegovo naravo in vrednost detektorskega signala je njegova količina. Detektorji uporabljajo neselektivne analizatorje, kot so prevodnik, refraktometri itd. Tako je v kromatografijah ločitev s sočasno kvalitativno in kvantitativno analizo komponent.

Sorpcija. To je proces absorpcije plinov, hlapov in raztopin trdnih ali tekočih snovi. Sorpcija se pogosto uporablja za ločevanje in koncentracijo snovi. Običajno se doseže z dobro selektivnostjo ločevanja in velikimi vrednostmi koncentracijskih koeficientov.

Proces sorpcije je relativno enostaven za upravljanje in za izvajanje te metode ne zahteva zapletenih instrumentov in ekstremnih pogojev. Z lahkoto je kombinirana z različnimi analitičnimi metodami poznejše opredelitve komponent. Zato je metoda sorpcije primerna za delo na tem področju.

Klasifikacija sorpcijskih metod temelji na razlikah v mehanizmu interakcije snovi s sorbenti. Razlikujte adsorpcija (fizikalna sorpcija in hemosorpcija v trdni fazi), porazdelitev snovi med dvema ne-raztrganima fazama (tekoča faza na sorbentu) in kapilarno kondenzacijo - Tvorba tekoče faze v pore in kapilare trdne sorbenta pri absorpciji hlapov snovi. V čisti obliki se ti mehanizmi običajno ne upoštevajo.

Proces sorpcije se lahko izvede z dvema metodama: statistični in dinamični. Slednje temelji na metodah ločevanja kromatografskih ločevanja. V analitični praksi se uporabljajo številni sorbenti: aktivni topali, ionska izmenjava in kelatne smole, običajni in kemično modificirani silicijev dioksid in celuloza, oksidi, hidroksidi, aluminosilicati, heteropolitis in njihove soli itd.

Elektrokemične metode ločevanja in koncentracije. Elektrokemične metode ločevanja in koncentracije vključujejo elektrolizo z nadzorovanim potencialom, metodo cementacije (notranjo elektrolizo) in elektroforezo.

Elektroliza. Metoda temelji na odlaganju elementa ali priključitve tega elementa na elektrodi z elektrodo z nadzorovanim potencialom. Najpogostejša variacija katodne odlaganje kovin, anodičnih padavin, na primer v obliki oksidov, se redko uporablja. Material elektrod je lahko živo srebro, tudi v obliki tanko-filmske živosrebrega elektrode, ogljika (grafit, steklenega ogljika), platine in njegovih zlitin, srebro, bakra, volframa. Sestava oborine, ki nastane na elektrodi, je odvisna od postopkovnih pogojev (predvsem obseg elektrode), sestavo elektrolita in materiala elektrod.

Obstajajo različne možnosti metoda. V enem primeru se lahko izbor ustrezne sestave elektrolita in zmogljivost potenciala selektivno dodeli določeni komponenti, v drugem (različen potencial v širokih omejitvah), skupino komponent, nato pa definirajo vsako od njih z ustreznimi selektivnimi metodami. Popolna ločitev je mogoče doseči, ko je določena komponenta ločena od elektrokemično neaktivnih snovi. Na primer, kadar se loči od vodne raztopine na katodo do takih snovi, se bodo soli aktivnih kovin in organskih spojin povezali.

S koncentracijo mikrokomponent, je možnost bolj priročno za sprostitev na elektrodi, in ne komponente matrike, saj v tem primeru izgube mikrokomponente zmanjšanje, kar je mogoče zaradi mehanskega zajemanja matrike obarjenja , oblikovanje intermetalnih spojin in trdnih raztopin. V večini primerov je mikrokomminant zelo visok velik časZato je omejena na delne dodelitve. Koncentracijo mikrokomationata lahko dosežemo ne le s padavinami na elektrodi, ampak tudi z elektrokemičnim raztapljanjem matrike.

Elektrolitski izpust v večini primerov je sestavni del elektrokemičnih metod inverzije, od katerih obstaja najpogostejša inverzija voltamperometrija.

Metoda cementacije je obnoviti komponente (običajno mikrokomponente) aktivne kovine (aluminij, cink, magnezij) ali amalgam teh kovin. Z cementacijo se hkrati pojavljata dva procesa: katoda (izolacija komponent) in anoda (raztapljanje cementiranja kovine). Ta metoda se na primer uporablja za izolacijo ustreznih elementov v sledovih (večinoma težkih kovin) iz naravnih voda, ki ji sledi njihova definicija atomske emisijske spektroskopije.

Elektroforeza. Metoda temelji na odvisnosti hitrosti gibanja napolnjenih delcev v električnem polju od njihove naboj, oblike in velikosti. Ta odvisnost za sferične delce je opisana z enačbo

kjer je Z učinkovit polnjenje delcev, ki je manjši od napolnjenosti iona zaradi vpliva ionskega atmosfere; E - moč električne polja; g - Učinkovit polmer delcev, ob upoštevanju debeline SOLVAT SHELL; g. - Okoljska viskoznost. Hitrost delcev močno vpliva sestava medija, zlasti pH, ki se uporablja za povečanje selektivnosti ločevanja.

Obstajata dve različici elektroforeze: spredaj in območje (na nosilcu). V prvem primeru je majhen obseg preiskovane raztopine nameščen v kapilarno z elektrolitom. V drugem primeru se gibanje ionov pojavi v okolju reagenta, ki je posebej obdelan s papirjem. Hkrati pa delci držijo na papirju po izklopu polja. Glavno področje uporabe klasične elektroforeze - biokemijska analiza: Ločitev beljakovin, encimov, nukleinske kisline itd.

Kapilarna elektroforeza se intenzivno razvija od začetka osemdesetih let. To je posledica znatnega zmanjšanja premera kapilarne.

(do 50-100 μm) in prehod na neposredno spektrofotometrično določanje sestavnih delov neposredno v kapilarni. Glavne prednosti metode vključujejo njeno visoko učinkovitost in preprostost oblikovanja strojne opreme. Kapilarna elektroforeza je bila uporabljena za analizo odpadkov in naravnih voda za vsebino anorganskih komponent (kationi in anioni).

Druge metode ločevanja in koncentracije. Obstajajo številne druge metode ločevanja in koncentracije, ki se uporabljajo z enim ali drugim uspehom za namene analize. Ti vključujejo odlaganje in kopje, metode izhlapevanja (destilacija, destilacija, sublimacija), zmrzovanje. Vse te metode na določenih pogojev Dovoli najvišje vrednosti koncentracijskih koeficientov.

Filtriranje, sedimentacija in ultracentrifugacija se pogosto uporabljajo za ločevanje heterogenih sistemov.

Obstaja veliko klasifikacij ločenih in koncentracijskih metod, ki temeljijo na različnih znakih. Razmislite o najpomembnejših.

1. Klasifikacija narave postopka je podana na sl.

Sl. eno

Metode kemične ločevanja in koncentracije temeljijo na kemijski reakciji, ki jo spremljajo padavine izdelka, sproščanje plina. Na primer, v ekološki analizi je glavna metoda koncentracije destilirana: s toplotno razgradnjo, matrika je destilirana kot CO2, H2O, N2 in v preostalem pepel, je mogoče določiti kovine.

Fizikalno-kemijske metode ločevanja in koncentracije najpogosteje temeljijo na volilni distribuciji snovi med obema fazama. Na primer, kromatografija ima največji pomen v petrokemični industriji.

Fizične metode ločevanja in koncentracije najpogosteje temeljijo na spremembi skupnega stanja snovi.

2. Klasifikacija fizične narave obeh faz. Porazdelitev snovi se lahko izvede med fazami, ki so v istem ali različnem agregatnem stanju: plinasto (g), tekočina (g), trdna (t). V skladu s tem razlikujejo naslednje metode (sl.).

Sl. 2. \\ T

V analitični kemiji so bile najpomembnejše metode ločevanja in koncentracije, ki temeljijo na distribuciji snovi med tekočo in trdno fazo.

3. Razvrstitev po številu osnovnih dejanj (korakov).
§ enostopenjske metode temeljijo na eni sami porazdelitvi snovi med obema fazama. Ločevanje poteka v statičnih pogojih.
§ Multistage Metode temeljijo na večkratni porazdelitvi snovi med obema fazama. Obstajata dve skupini večstopenjskih metod:
- s ponavljanjem procesa enkratne porazdelitve (na primer ponovna ekstrakcija). Ločitev poteka v statičnih pogojih;
- metode, ki temeljijo na gibanju ene faze glede na drugo (na primer kromatografijo). Ločevanje pod dinamičnimi pogoji
3. Razvrstitev vrste ravnotežja (sl.).

Sl. 3.

Termodinamične metode ločevanja temeljijo na razlikah v vedenju snovi v ravnotežnem stanju. So največje vrednosti v analitični kemiji.

Kromatografske metode temeljijo na termodinamiku, v kinetičnem ravnovesju. So zelo pomembne v analitični kemiji, saj omogočajo, da izvedejo ločitev in hkrati visoko kakovostne in kvantitativne analize večkomponentnih mešanic.

Neposredne instrumentalne metode se pogosto ne smejo uporabljati pri analizi mnogih kompleksnih predmetov ali zaradi negrogene porazdelitve komponent v vzorcu, ali v povezavi s težavami diplomiranja, kadar ni standardnih vzorcev znane sestave. To je lahko pošteno do številnih industrijskih, geoloških, biološki materiali, predmete ambient., kot tudi visoke čistosti snovi, ki vsebujejo nekatere komponente na ICG / L, NG / G, NG / L. V takih primerih se zateka k koncentraciji in ločitvi mikrokomponent, ločitev glavne mase mamerosfentarjev ali elementov nečistoč, s kasnejšo analizo nastalega koncentrata z različnimi kemičnimi in instrumentalnimi metodami.

Isti procesi in metode, ki temeljijo na razlikah v kemijskih in fizikalnih lastnostih ločenih komponent - topnost, sorpcija, vrejo in sublimacijske temperature, in razlikovanje med koncentracijami ločenih komponent, ki temeljijo na ločenih in koncentracijskih operacijah.

Ločevanje - To je postopek ali delovanje, zaradi česar so sestavni deli, ki sestavljajo začetno zmes, in koncentracije, ki so lahko sorazmerne, so ločene drug od drugega.

Koncentracija - To je postopek ali operacija, zaradi česar se povečuje razmerje koncentracij ali število mikrokomponent na koncentracijo ali število komponent makrov.

Ekstrakcijo - metoda ločevanja in koncentracije, ki temelji na porazdelitvi raztopljene snovi med dvema ne-raztrganima fazama (običajno v praksi ena faza je voda rešitevin drugo je organsko topilo). Glavne prednosti metode ekstrakcije:

1) Sposobnost spreminjanja selektivnosti ločevanja

2) sposobnost dela z analitami na različnih stopnjah koncentracij;

3) Enostavnost tehnološkega in strojne opreme;

4) sposobnost izvajanja stalnega postopka, avtomatizacije;

5) Visoka zmogljivost.

V analizi sestavnih delov nekaterih industrijskih in naravnih predmetov se je metode izbire snovi široko uporabljale. Ekstrakcija se izvede hitro, medtem ko je dosežena visoka učinkovitost ločevanja in koncentracije, je lahko združljiva z različnimi metodami analize. Mnogi analitično so metode ekstrakcije postale prototipe pomembnih tehnoloških postopkov ekstrakcije, zlasti v jedrski energiji.

Glavni pogoji metode ekstrakcije:

ekstragetno - organsko topilo, ki vsebuje ali ne vsebuje drugih sestavnih delov in ekstrakcijska snov iz vodne faze;

ekstrakcijska komponenta - reagent tvori kompleksno ali sol z ekstrakcijo komponente, ki jih je mogoče ekstrahirati;

razredčilo - inertna (organska) topila, ki se uporablja za izboljšanje fizične (gostote, viskoznost itd.) Ali ekstrakcija (na primer selektivnost) lastnosti ekstraktant. Pod vztrajnostjo se razume kot nezmožnost oblikovanja povezav z izvlečeno snovjo.

ekstrakt. - ločena organska faza, ki vsebuje snov, ekstrahirano iz vodne faze;

reaxtraction. - proces povratnega pridobivanja snovi iz ekstrakta v vodno fazo;

reekstantten. - raztopina (običajno vodna ali samo voda), ki se uporablja za odstranitev snovi iz ekstrakta;

rekurant.- ločena faza (običajno vodna), ki vsebuje snov, pridobljena iz ekstrakta, ki je posledica reextraction;

Laga - Izboljšanje ekstrakcije snovi z dodajanjem elektrolita (razcepljenega), ki prispeva k oblikovanju ekstrahirane spojine v vodni fazi.

Vrste sistemov za ekstrakcijo

Pri izvajanju ekstrakcije tekočinskih tekočin je mogoče razlikovati več vrst sistemov za ekstrakcijo.

Sistemi za ekstrakcijo Vrsta. V teh sistemih za ekstrakcijo se organska topila ali njihove zmesi uporabljajo kot organska faza, in kot vodna faza ali voda ali vodne raztopine soli. Veliko razmnoževanje takih sistemov za ekstrakcijo je pojasnjeno s poceni vodo kot topilo, njeno omejeno mehkobo s številnimi organskimi topili, pa tudi v veliki večini primerov, predmet, ki ga je treba ekstrahirati ali je na začetku v vodni raztopini, ali se prevede v vodotopno stanje v procesu priprave vzorca predmeta.

V nekaterih primerih, ekstrakcijski sistemi, ki sem neprimerna za delo, se v tem primeru uporabljajo sistemi za ekstrakcijo tipa II.

Sistemi za ekstrakcijo II Vrsta II. V teh sistemih za ekstrakcijo se kot ne-polarna faza uporablja alifatski ogljikovodik, druga faza je bodisi polarno organsko topilo ali njegovo vodno raztopino ali raztopino cinkovega halogena v polarnem organskem topilu. Kot pravilo, nizko vret ogljikovodikov, zlasti heksan, heptan, oktan, cikloheksan ali petroleter, se najpogosteje uporabljajo kot alifatski ogljikovodik.

Pomemben kriterij za izbiro topil sistema za ekstrakcijo je omejen mešanje ekstrakcijskih faz.

Metode ekstrakcije vadbe

Odvisno od problema se uporablja preprosto ekstrakcijo, periodično ekstrakcijo ali ekstrakcijo protitokov. Periodično ekstrakcijo je ekstrakcija snovi iz ene faze s posameznimi deli svežega ekstraktatra. Za preostale visoke vrednosti distribucijskega koeficienta bo enkratno ekstrakcijo kvantificirala snov v organsko fazo. Učinkovitost enkratnega ekstrakcije je značilna za stopnjo ekstrakcije -R,%, izračunano po formuli: $ R \u003d ORG * 100% / SKUPAJ $, kjer ORG. - količina snovi A v organski fazi; Splošno - skupna količina snovi A v obeh fazah.

Če enkratno ekstrakcijo ne zagotavlja zadostne stopnje ekstrakcije, se lahko R lahko poveča s povečanjem prostornine organske faze ali zatekanje k večkratni ekstrakciji.

Periodično ekstrakcijo se v glavnem izvaja v razdelilni lijak, ki je uvedena vodna raztopina, ki vsebuje ekstrahirano spojino, in organsko topilo, ki ni mešano z vodno fazo. Potem je lijak močno pretresen, da se zagotovi stik faz. Po stresanju faze.

Resna pomanjkljivost večkratnega ekstrakcije je pomemben redčenje nadomestljivega komponenta, še posebej, če je število korakov veliko. Poraba ekstrakta se lahko zmanjša, če se izčrpna ekstrakcija izvede v napravah za neprekinjeno ekstrakcijo. Stalni ekstrakt se izvaja s stalnim in relativnim gibanjem dveh faz; Ena od faz, običajno vodne, ostane fiksna.

Neprekinjeno ekstrakcijo je še posebej priročno, ko je distribucijski koeficient zelo majhen in bi bilo treba porabiti veliko za kvantifikacijo velika številka zaporedna ekstrakcija. Splošno načelo Neprekinjeno ekstrakcijo je v destilaciji ekstraktata iz bučke, kondenzacije in njenega prenašanja skozi raztopino, ki je izpostavljena ekstrakciji. Ekstraktant je ločen in teče nazaj v sprejemno bučko, kjer se premika nazaj in ponovno prenaša cikel, medtem ko ekstrahirana snov ostane v sprejemni bučki. V primeru, da topilo ne more biti enostavno prehiteti, se lahko deli svežega topila nenehno dodajo iz rezervoarja, hkrati pa bo poraba ekstrakta pomembna.

V nasprotnem primeru ekstrakcijo se izvedemo v aparatu CRAIG, ki je sestavljena iz številnih celic posebnega zasnova, razporejenega na tak način, da ena faza (na primer organska) zaporedno premika iz ene celice v drugo po vsaki distribuciji ravnotežja.

Konceptualna slika naprave za ekstrakcijo protitokov

Pred začetkom ekstrakcije so vse celice delno napolnjene s težkim topilom, ki je fiksna faza. V celici 0 je ločena zmes nameščena v istem topilu. Potem je v celici 0 uvedena izguba topila (faza premikanja). Faze se mešajo in dopuščajo lanu. Po svežnju faz zgornji sloj Od celice 0 se prenese v celico 1, in nov del svežega topila se uvede v celico 0 in hkrati ekstrakcijo v obeh celicah. Nato se zgornji sloji celic 0 in 1 prenesejo na celice 1 in 2, oziroma, nov del mobilne faze se v celico znova uvede in postopek ekstrakcije se ponovi. Uvod v sistem svežega topila vam omogoča, da izvedete število ekstrakcij.

Ekstrakcija proti protitokom, ki ima odlično ločilno učinkovitost. Z njim je mogoče razdeliti snovi z ljubljenimi. kemijske lastnosti. Ta metoda je bila na primer uporabljena za ločevanje redkih elementov. Zobozdravljena ločitev se pogosto uporablja za frakcioniranje organske spojine. Pomembna pomanjkljivost protitokovnega ekstrakcije je močna razredčenje komponent med ločevanjem.

1) Fizične metode: izhlapevanje (izhlapevanje), destilacija

Izhlapevanje - Nepopolna izhlapevanje topila (zmanjšanje koncentracije volumna)

Izhlapevanje - Izhlapevanje topila do suhega (sledi se raztapljanje suhega ostanka v majhnem volumnu)

Destilacijo - ločevanje hlapnih komponent

2) Kemične metode: Padavine, kopje

Odlaganje - ločevanje (sistematična analiza); Koncentracija (padavine iona z velikega volumna analizirane raztopine in raztapljanje oborine v majhnem volumnu)

Konferenca - hkratno padavino iz iste raztopine mikrokomponančnih topnih v teh pogojih z obarjenim makrokomponento.

Vzroki za konkretnost: 1) površinska adsorpcija - kovirana snov je adsorbirana na površini zbiralnika in se deponira z njim; 2) okluzija - mehansko zajemanje dela matične likerje s treniranim ionom v kolektorskem sedimentu; 3) Vključitev - tvorba mešanih kristalov

Sodelovanje se uporablja za koncentriranje snovi v analizirano raztopino v mikrokolivijah, ki ji sledi njihova opredelitev v koncentratu.

3) Fizikalno-kemijske metode: Ekstrakcija, kromatografija

Ekstrakcijo - Postopek za pridobivanje snovi iz raztopine ali suhe mešanice z ustreznim topilom. Topila, ki se ne mešajo s to raztopino, se uporabljajo za ekstrakcijo iz raztopine, vendar, v kateri se snov raztegne bolje kot v prvem topilu. Ekstrakcija se uporablja v kemikaliji, rafinerijah, hrani, metalurški, farmacevtski industriji.

Kromatografija - dinamična sorpcijska metoda ločevanja in analize mešanic snovi, kot tudi študija fizikalno-kemijskih lastnosti snovi. Na podlagi porazdelitve snovi med dvema fazama - fiksno (trdno fazo ali tekočino, povezano z inertnim nosilcem) in premične (plinske ali tekoče faze).

88. Metode visokokakovostne kemijske analize

Mikrokristaloskopska analiza

Za odkrivanje kationov in anionov se lahko uporabijo reakcije, zaradi katerih se oblikujejo spojine z značilno obliko kristalov. Oblika in stopnja tvorbe kristalov vplivata na pogoje za reakcijo. Pomembna vloga v mikrokristaloskopskih reakcijah ima hitro izhlapevanje topila, ki vodi do koncentracije raztopine in posledično povečanje občutljivosti definicije ionske ionske.

Pyroochemical Analiza

Pri ogrevanih snoveh v plamenskem gorilniku lahko opazujete različne značilne pojave: Izhlapevanje, taljenje, sprememba barve, slikanje plamena. Vsi ti pojavi se uporabljajo v visokokakovostni analizi za predhodne preskuse snovi. Včasih s pomočjo pirookemičnih reakcij, je mogoče povečati selektivnost in občutljivost določanja. Pyroochemical reactions. Prijavite se za analizo mineralov na tem področju.

Obarvanje plamen

Ko je raztopina kovinske soli uvedena v plamen, se pojavijo številni kompleksni postopki: izhlapevanje, tvorba trdnih aerosolov, disociacija, ionizacija, interakcija kisika, vzbujanje atomov, ionov in molekul. Končni rezultat teh procesov je analitično uporabljeni učinek - glow Flame..

89. Metode za določanje količinske sestave spojin

90. Osnovne fizične količine

Fizična količina – fizično lastnino materialni predmet fizični fenomen, proces, ki ga je mogoče kvantitativno označiti.

Vrednost fizične količine - številko, ki označuje to fizično količino, ki označuje mersko enoto, na podlagi katere so bile pridobljene.

Sistem fizičnih enot - kombinacijo meritev fizičnih količin, v katerih obstaja določeno število tako imenovanih osnovnih merskih meritev, preostale merske enote se lahko izrazijo s temi osnovnimi enotami. C (mednarodni sistem) - mednarodne sistemske enote ,. \\ t C je najpogostejši sistem enot na svetu, kot je v vsakdanje življenjein znanosti in tehnologije.

V sistemu ima vsaka osnovna vrednost ustrezna enota: dolžine - meter (m); Časovni enoti - drugi (c); enota mase - kilogram (kg); Elf. električni tok - AMP (A); temperaturno enoto - Kelvin (k); Čuden - mol (mol); enota svetlobne moči - Candela (CD)

S praktično uporabo enot International System. Pogosto je bodisi prevelika ali premajhna, tako da se s pomočjo posebnih konzol, decimalnih enot in dollskih enot je mogoče oblikovati.

dese	Da	10 1	deci	D.	10 -1
hecto.	G.	10 2	Santi.	Od	10 -2
kilo.	za	10 3	Milli.	M.	10 -3
mega.	M.	10 6	Micro.	Mk.	10 -6
Giga.	G.	10 9	Nano.	N.	10 -9
Tera.	T.	10 12	pico.	Str	10 -12
Pet	Str	10 15	FEMTO.	F.	10 -15
ex	E.	10 18	Atto.	zvezek	10 -18

91. Koncept. fizične metode In njihovo razvrstitev

92. Uporaba fizičnih metod s strokovno študijo

93. Koncept fizične velikosti "gostote". Metode za določanje gostote

Gostota – fizična količinaenaka razmerju telesne mase do njegovega volumna ( ρ \u003d m / v). Na podlagi določitve gostote, njegovo dimenzijo kg / m 3 V sistemu SI.

Gostota snovi je odvisna od Masa atomov, od katerih je sestavljena, in na gostoto pakiranja atomov in molekul v snovi. Večja je masa atomov in kaj so bližje drug drugemu, večja je gostota.

Dutyman. Postrezite za merjenje gostote tekočin, plinov in trdnih snovi.

Gostota heterogene snovi - Razmerje mase in prostornine, ko se slednja zategne do točke, v kateri se meri gostota. Razmerje gostote dveh snovi z določenim standardom fizični pogoji glejte relativno gostoto; za tekoče in trdne snovi Meri se pri temperaturah t., praviloma glede gostote destilirane vode pri 4 ° C, \\ t za pline - v zvezi z gostoto suhega zraka ali vodika pri normalnih pogojih ( T.= 273K, str. = 1.01 10 5 PA).

Za razsuti in porozne trdne snovi razlikujejo gostoto TRUE (masa enote prostornine gostega materiala, ki ne vsebuje pore), na videz (masa prostornine prostornine poroznega materiala iz zrn ali zrn) in razsutega razsutem stanju (masa enote materialne plasti ).

94. Koncept fizične količine "mase". Metode za določanje mase

Utež - Skalarna fizikalna količina, ena od glavnih značilnosti snovi, ki opredeljujejo njene inercialne in gravitacijske lastnosti. Obstaja masa inertne in gravitacijske mase.

Koncept mase je bil predstavljen v mehaniko I. Newton.. V klasični mehaniki Newton.masa je vključena v definicijo impulza (število gibanja) telesa: impulz r. sorazmerna s hitrostjo telesa V. , p \u003d mv. (1). Koeficient sorazmernosti - trajna vrednost za ta organ m. - In tam je masa telesa. Enakovredna določitev mase je pridobljena iz enačbe gibanja klasična mehanika F \u003d mA. (2). Tu je masa koeficient sorazmernosti med močjo, ki deluje na telesu F. in posledica pospeševanja telesa a.. Opredeljeno z odnosi (1) in (2) maso inercialna (inertna) masa ; Označuje dinamične lastnosti telesa, je merilo telesne vztrajnosti: s stalno silo, večjo telesno maso, manj pospešek, ki ga pridobi, tj. Počasnejše stanje njegovega gibanja.

V teoriji teže Newton. Masa deluje kot vir težišča. Vsako telo ustvarja področje gravitacije, sorazmerne mase telesa (in doživlja učinek polja, ki ga ustvarijo druga telesa, katerih trdnost je tudi sorazmerna z maso TEL). To polje povzroča privlačnost katerega koli drugega telesa s tem telesom s silo, ki jo določa zakon Newtona: F \u003d G * (M 1 * M 2 / R2) - (3), kjer R. - razdalja med telesi, G. - univerzalna gravitacijska konstanta, a m 1. in m 2. - mase privlačnih teles.

Formula (3) je enostavna za pridobitev telesne formule R. Telesne mase m. Na področju zemljišča: P \u003d mg. (štiri). Tukaj g \u003d g * m / R2 - Pospeševanje prostega padca na gravitacijskem področju zemlje. Masa, ki jo določajo odnosi (3) in (4), se imenuje gravitacijska telesna teža .

Libra - Naprava za določanje mase teles (tehtanje) glede na njihovo težo, približno glede na to, da je enaka gravitaciji. Razmislite kot primer merjenja telesne mase, ki merimo z navadnimi enakimi amortizacijami. Pod delovanjem zemeljske privlačnosti se ustvarijo sile. Telesna teža skupaj s temi silami pritisne eno skodelico in težo uteži - do drugega. Pobiranje uteži, dosežemo ravnotežje, tj. Enakost teh sil. To nam daje pravico, da rečemo, da je masa tehtanega telesa enaka masi teže, pri čemer je, da moč zemeljske privlačnosti na razdalji med skodelicami ostane enaka. Kot smo videli, za merjenje mase, smo morali pretvoriti telesno težo in težo v veljavi, in primerjati sile za njihovo pretvorbo na mehansko gibanje ročic lestvic.