Predavanje o metodah ločevanja in koncentracije. Metode za izolacijo, ločevanje in koncentracijo snovi v analitski kemiji

Pošljite svoje dobro delo v bazo znanja je preprosto. Uporabite spodnji obrazec

Študenti, podiplomski študenti, mladi znanstveniki, ki pri svojem študiju in delu uporabljajo bazo znanja, vam bodo zelo hvaležni.

1. Metode ločevanja in koncentriranja

Pregled ločitve in koncentracije

Ločevanje je operacija, ki omogoča ločevanje komponent vzorca med seboj.

Uporablja se, če nekatere komponente vzorca motijo določanje ali odkrivanje drugih, torej kadar metoda analize ni dovolj selektivna in se je treba izogniti prekrivanju analitičnih signalov. V tem primeru so koncentracije snovi, ki jih je treba ločiti, običajno blizu.

Koncentracija je operacija, ki omogoča povečanje koncentracije mikrokomponente glede na glavne sestavine vzorca (matriko).

Uporablja se, če je koncentracija mikrokomponente manjša od meje zaznavanja Cmin, to je, kadar metoda analize ni dovolj občutljiva. V tem primeru se koncentracije komponent zelo razlikujejo. Koncentracija se pogosto kombinira z ločitvijo.

Vrste koncentracij.

1. Absolutno: mikrokomponenta se prenese iz velike prostornine ali velike mase vzorca (Vpr ali mpr) v manjši volumen ali manj mase koncentrata (Vconc ali mconc). Posledično se koncentracija mikrokomponente poveča n -krat:

kjer je n stopnja koncentracije.

Manjši kot je volumen koncentrata, večja je stopnja koncentracije. Na primer, 50 mg kationskega izmenjevalca je absorbiralo germanij iz 20 litrov vode iz pipe, nato pa je bil germanij desorbiran s 5 ml kisline. Posledično je bila stopnja koncentracije germanija:

2. Relativno (obogatitev): mikrokomponento ločimo od makrokomponente, tako da se razmerje njihovih koncentracij poveča. Na primer, v začetnem vzorcu je bilo koncentracijsko razmerje mikro- in makrokomponent 1: 1000, po obogatitvi pa 1: 10. To običajno dosežemo z delno odstranitvijo matriksa.

Ločitev in koncentracija imata veliko skupnega, za te namene pa se uporabljajo iste metode. So zelo raznoliki. Nadalje bomo obravnavali metode ločevanja in koncentracije, ki jih imajo največja vrednost v analitična kemija.

Razvrstitev ločevalnih in koncentracijskih metod

Obstaja veliko klasifikacij ločevalnih in koncentracijskih metod, ki temeljijo na različnih značilnostih. Razmislimo o najpomembnejših od njih.

1. Razvrstitev po naravi postopka je podana na sl.

Riž. 1 Razvrstitev ločevalnih metod po naravi postopka

Metode kemičnega ločevanja in koncentriranja temeljijo na pretoku kemijska reakcija, ki ga spremlja obarjanje produkta, razvoj plina. Na primer, pri organski analizi je glavna metoda koncentracije destilacija: med termičnim razpadom se matrika destilira v obliki CO2, H2O, N2, kovine pa je mogoče določiti v preostalem pepelu.

Fizikalno- kemijske metode ločevanje in koncentracija najpogosteje temeljita na selektivni porazdelitvi snovi med dvema fazama. Na primer, v petrokemični industriji je kromatografija največjega pomena.

Fizikalne metode ločevanja in koncentracije najpogosteje temeljijo na spremembi agregatnega stanja.

2. Razvrstitev glede na fizično naravo obeh faz. Porazdelitev snovi se lahko izvede med fazami, ki so v istem ali različnem agregatnem stanju: plinasti (G), tekoči (F), trdni (T). V skladu s tem ločimo naslednje metode (slika).

Riž. 2 Razvrstitev ločevalnih metod po naravi faz

V analitični kemiji sta največji pomen našli ločevalne in koncentracijske metode, ki temeljijo na porazdelitvi snovi med tekočo in trdno fazo.

3. Razvrstitev po številu osnovnih dejanj (korakov).

§ Enostopenjske metode - temeljijo na enotni porazdelitvi snovi med dvema fazama. Ločitev poteka v statičnih pogojih.

§ Večstopenjske metode - temeljijo na večkratni porazdelitvi snovi med dvema fazama. Obstajata dve skupini večstopenjskih metod:

- s ponovitvijo enotnega distribucijskega postopka (npr. ponovna ekstrakcija). Ločitev poteka v statičnih pogojih;

- metode, ki temeljijo na gibanju ene faze glede na drugo (na primer kromatografija). Ločitev poteka v dinamičnih pogojih

3. Razvrstitev po vrsti tehtnice (slika).

Riž. 3 Razvrstitev ločevalnih metod po vrsti ravnovesja

Metode termodinamičnega ločevanja temeljijo na razliki v obnašanju snovi v ravnovesnem stanju. Največji pomen so v analitični kemiji.

Kinetične metode ločevanja temeljijo na razliki v obnašanju snovi med procesom, ki vodi v stanje ravnovesja. Na primer, pri biokemičnih raziskavah je elektroforeza največjega pomena. Preostale kinetične metode se uporabljajo za ločevanje delcev koloidnih raztopin in raztopin visoko molekularnih spojin. V analitični kemiji se te metode uporabljajo manj pogosto.

Kromatografske metode temeljijo na termodinamičnem in kinetičnem ravnovesju. V analitični kemiji so velikega pomena, saj omogočajo ločevanje in hkratno kvalitativno in kvantitativno analizo večkomponentnih zmesi.

Ekstrakcija kot metoda ločevanja in koncentriranja

Ekstrakcija je metoda ločevanja in koncentriranja, ki temelji na porazdelitvi snovi med dvema tekočinama, ki se ne mešata (najpogosteje vodni in organski).

Za ekstrakcijsko ločitev se ustvarijo pogoji, da ena komponenta popolnoma preide v organsko fazo, druga pa ostane v vodni fazi. Nato se faze ločijo z ločevalnim lijakom.

Zaradi absolutne koncentracije se snov prenese iz večjega volumna vodne raztopine v manjši volumen organske faze, zaradi česar se koncentracija snovi v organskem ekstraktu poveča.

Zaradi relativne koncentracije se ustvarijo takšni pogoji, da mikrokomponenta preide v organsko fazo, večina makrokomponent pa ostane v vodni fazi. Posledično se v organskem ekstraktu razmerje koncentracij mikro- in makrokomponente poveča v korist mikrokomponente.

Prednosti ekstrakcije:

§ visoka selektivnost;

§ enostavnost izvedbe (potreben je le ločevalni lijak);

§ nizka intenzivnost dela;

§ hitrost (3-5 minut);

§ Ekstrakcija je zelo dobro kombinirana z metodami naknadnega določanja, kar ima za posledico številne pomembne hibridne metode (ekstrakcijsko-fotometrične, ekstrakcijsko-spektralne itd.).

Soobarjanje kot metoda ločevanja in koncentriranja

Koprecipitacija je zajemanje mikrokomponente s kolektorskim sedimentom med nastankom, mikrokomponenta pa prehaja v usedlino iz nenasičene raztopine (PS< ПР).

Anorganske in organske slabo topne spojine z razvito površino se uporabljajo kot zbiralci. Fazno ločevanje se izvede s filtriranjem.

Soobarjanje se uporablja za:

§ koncentracija nečistoč kot zelo učinkovita in ena najpomembnejših metod, ki omogoča povečanje koncentracije za 10-20 tisoč krat;

§ ločevanje nečistoč (redkeje).

Sorpcija kot metoda ločevanja in koncentracije

Sorpcija je absorpcija plinov ali topljenih snovi s trdnimi ali tekočimi sorbenti.

Kot sorbenti se uporabljajo aktivni ogljiki, Al2O3, silicijev dioksid, zeoliti, celuloza, naravni in sintetični sorbenti z ionogenimi in kelatnimi skupinami.

Absorpcija snovi se lahko pojavi na površini faze (adsorpcija) ali v večjem delu faze (absorpcija). V analitični kemiji se adsorpcija najpogosteje uporablja za:

§ ločevanje snovi, če so ustvarjeni pogoji za selektivno absorpcijo;

§ koncentracija (manj pogosto).

Poleg tega je sorpcija v dinamičnih pogojih najpomembnejša metoda ločevanja in analize - kromatografija.

Ionska izmenjava

Ionska izmenjava je reverzibilen stehiometrični proces, ki se pojavi na vmesniku med fazami ionskega izmenjevalca - raztopine elektrolita.

Ionski izmenjevalci so polielektroliti z visoko molekulsko maso različnih struktur in sestavo. koncentracijski kemično sorpcijski plin

Glavna lastnost ionskih izmenjevalcev je, da absorbirajo katione ali anione iz raztopine, hkrati pa v raztopino sproščajo enakovredno število ionov z istim znakom naboja.

Postopek ionske izmenjave je opisan z zakonom množičnega delovanja:

kjer sta A in B iona v raztopini in sta iona v fazi ionskega izmenjevalca.

Za to ravnotežje je značilna menjalna konstanta (K):

kjer je a aktivnost ionov.

Če je K> 1, ima ion B večjo afiniteto do ionskega izmenjevalca; če je K.< 1, то ион А обладает бульшим сродством к иониту; если же К? 1, то оба иона одинаково сорбируются ионитом.

Na potek ionske izmenjave vplivajo naslednji dejavniki:

1) narava ionskega izmenjevalca;

2) narava iona: večje je razmerje naboja iona in polmera hidriranega iona (z / r), večja je afiniteta do ionskega izmenjevalca;

3) lastnosti raztopine:

§ pH vrednost (glej naslednja poglavja);

§ koncentracija ionov: iz razredčenih raztopin ionski izmenjevalec absorbira ione z večjim nabojem, iz koncentriranih raztopin pa z manjšim nabojem;

§ ionska jakost raztopine: manjši je m, bolje se ioni sortirajo.

Vrste ionskih izmenjevalcev

Obstaja veliko različnih ionskih izmenjevalcev. Razvrščeni so po izvoru in predznaku naboja izmenjanih ionov.

Glede na izvor ločimo dve skupini.
ionski izmenjevalci:

1. Naravni ionski izmenjevalci:

§ anorganski (gline, zeoliti, apatiti);

§ organsko (celuloza).

2. Sintetični ionski izmenjevalci:

§ anorganski (permutiti);

§ organski (materiali z visoko molekulsko maso).

V analitični kemiji se najpogosteje uporabljajo sintetični organski ionski izmenjevalci.

Odvisno od znaka naboja izmenjevalnih ionov se ionski izmenjevalci imenujejo na naslednji način:

1. Kationiti - izmenjalni kationi, vsebujejo kisle skupine:

§ -SO3H (močno kisli kationski izmenjevalci, izmenjava poteka v širokem razponu vrednosti pH);

§ -PO3H2 (srednjekislinski kationski izmenjevalci, pride do izmenjave pri pH> 4);

§ -COOH, -OH (šibko kisli kationski izmenjevalci, izmenjava se pojavi pri pH> 5).

2. Anioniti - izmenjujejo anione, vsebujejo osnovne skupine:

§ četrtinske alkilamonijeve skupine (visoko bazični anioniti, izmenjava poteka v širokem razponu vrednosti pH);

§ amino in imino skupine, (srednje in nizko bazični anionski izmenjevalci, pride do izmenjave pri pH< 8-9).

3. Amfoliti - izmenjavajo katione in anione, odvisno od pogojev. Imata obe vrsti skupin - kislo in bazično.

Struktura sintetičnih organskih ionskih izmenjevalcev. Reakcije ionske izmenjave

Sintetični organski ionski izmenjevalci imajo tridimenzionalno verižno strukturo. Sestavljeni so iz matrike z visoko molekulsko maso (HMW), v kateri so določene ionogene skupine.

Na primer za zelo bazični anionit v obliki klorida R-N (CH3) 3Cl

Sestava ionskega izmenjevalca

stacionarni VM ion	mobilni NM ion

	fiksni ion	protijon
	ionogena skupina

Kopolimer stirena in divinilbenzena (DVB), ki je zamreževalno sredstvo, običajno deluje kot matrika: vsaka njegova molekula, tako kot most, povezuje 2 sosednji linearni polistirenski verigi.

Ionska izmenjava vključuje mobilne ione z nizko molekulsko maso (LM), ki so del ionogenih skupin.

Na primer, reakcija izmenjave kationov s sodelovanjem močno kislega kationskega izmenjevalnika v vodikovi obliki je zapisana na naslednji način:

in reakcijo anionske izmenjave s sodelovanjem visoko bazičnega anionita v kloridni obliki

Osnovne fizikalne in kemijske lastnosti ionskih izmenjevalcev

Ionski izmenjevalci kot materiali imajo številne fizikalno -kemijske in fizikalno -mehanske lastnosti. Od teh so za analitičnega kemika najpomembnejše tri glavne fizikalne in kemijske lastnosti - vlaga, oteklina in sposobnost izmenjave.

Vlažnost (W,%) označuje sposobnost ionskega izmenjevalca, da absorbira vlago iz zraka. Izračuna se lahko na podlagi eksperimentalnih podatkov:

kjer sta mо in m masa ionskega izmenjevalca pred in po sušenju.

Običajno je vsebnost vlage v ionskih izmenjevalcih v območju 10-15%.

Oteklina označuje stopnjo povečanja volumna ionskega izmenjevalca ob stiku z vodo ali drugim topilom. Količina otekline je odvisna od stopnje zamreženja matrike z visoko molekulsko maso ionskega izmenjevalca (% DVB). Zaradi otekline je ionska izmenjava hitra. Oteklina nastane zaradi prisotnosti polarnih ionogenih skupin, ki so sposobne hidrirati ali raztopiti. Izmenjevalna zmogljivost (OE) je najpomembnejša količinska značilnost ionskega izmenjevalca. Označuje sposobnost ionskega izmenjevalca za ionsko izmenjavo. Skupna izmenjevalna zmogljivost (PEC) danega ionskega izmenjevalca je stalna vrednost in je določena s številom fiksnih ionov v matriki ionskega izmenjevalca. Odvisno je od naslednjih dejavnikov: narave ionskega izmenjevalca;

§ pH vrednost raztopine;

§ pogoji opredelitve (statični ali dinamični);

§ naravo izmenjanega iona;

§ polmer iona (sito učinek).

Zmogljivost izmenjave mase kaže, koliko milimolov ionskih ekvivalentov - n (ion 1 / z) - lahko zamenja 1 gram suhega ionskega izmenjevalca. Izračuna se po formuli:

Prostorninska izmenjalna zmogljivost prikazuje, koliko milimolov ionskih ekvivalentov - n (ion 1 / z) - lahko zamenja 1 mililiter oteklega ionskega izmenjevalca. Izračuna se po formuli:

Glede na pogoje določanja ločimo statično (COE) in dinamično (DOE) izmenjalno zmogljivost, COE? DOE.

Vrste zmogljivosti dinamične izmenjave:

§ pred prebojem absorbiranega iona ali delovnega (DOE) prikazuje, koliko ionov lahko absorbira ionski izmenjevalec, preden se pojavijo v eluatu (preboj);

§ polno (PDOE) - prikazuje, koliko ionov lahko absorbira ionski izmenjevalec do trenutka popolne nasičenosti ionogenih skupin v danih pogojih.

Razlika med vrednostmi DOE in PDOU je prikazana na sliki:

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

Riž. 4 Skupna zmogljivost dinamične izmenjave (PDOU) in zmogljivost pred prebojem (DOE)

Uporaba ionskih izmenjevalcev v analitični kemiji

Ioniti se uporabljajo za reševanje naslednjih problemov analitične prakse.

§ Ločevanje snovi. Ionska izmenjava je priročna in učinkovita metoda ločevanje snovi. Na primer, z njeno pomočjo je mogoče ločiti celo elemente s podobnimi kemijskimi lastnostmi, kot so lantanidi.

§ Koncentracija snovi. Najprej se skozi kolono ionskega izmenjevalnika prenese velika količina razredčene raztopine. Nato se adsorbirani ioni izperejo iz kolone z minimalno količino ustreznega eluenta.

§ Opredelitev "neprijetnih" kationov in anionov. Pogosto je treba analizirati vsebino tako imenovanih "neprijetnih" ionov. Takšni ioni nimajo kemijsko-analitičnih lastnosti, ki bi jih olajšale določiti s kemičnimi ali instrumentalnimi metodami analize. Med kationi so ti ioni alkalne kovine(Na +, K +itd.), Iz anionov -itd. Določanje "neprijetnih" kationov temelji na predhodnem prehodu vzorca skozi kolono s kationskim izmenjevalcem v vodikovi obliki in naknadnem titriranju z alkalijami:

Določanje "neprijetnih" anionov temelji na predhodnem prehodu vzorca skozi kolono z anionitom v obliki hidroksida in naknadnem titraciji sproščene alkalije s kislino:

§ Pridobivanje deionizirane vode. Vodo zaporedoma spustite skozi kolono s kationskim izmenjevalnikom v vodikovi obliki, nato skozi kolono z anionskim izmenjevalcem v obliki hidroksida. Posledično se vsi kationi in anioni zadržijo z ionskimi izmenjevalci in dobimo vodo, ki ne vsebuje ionov.

Metode kromatografske analize

Kromatografska metoda analizo je prvič uporabil ruski botanik MS Tsvet za analizo klorofila. Ime metode izvira iz grške besede "chromatos" - barva, čeprav vam metoda omogoča ločitev katere koli, tudi neobarvane spojine.

Trenutno je kromatografija ena najbolj obetavnih analiznih metod. Široko se uporablja v različnih panogah in znanstvena raziskava za analizo zmesi plinastih, tekočih in trdnih snovi.

V petrokemični in plinski industriji kromatografija predstavlja 90% vseh opravljenih analiz. Plinska kromatografija se uporablja v biologiji in medicini, tehnologiji predelave lesa, kemiji lesa in živilski industriji ter na drugih področjih. Približno 30% testov spremljanja stanja okolje(onesnaženje zraka, analiza odpadnih voda itd.) se izvaja s plinsko kromatografskimi metodami.

Bistvo kromatografskih metod analize

Kromatografija je dinamična metoda ločevanja in določanja snovi, ki temelji na večkratni porazdelitvi komponent med dvema fazama - mobilno in stacionarno.

Snov vstopi v plast sorbenta skupaj s tokom mobilne faze. V tem primeru se snov sorbira, nato pa se ob stiku s svežimi deli mobilne faze desorbira. Premikanje mobilne faze poteka neprekinjeno, zato se sorpcija in desorpcija snovi nenehno pojavljata. V tem primeru je del snovi v stacionarni fazi v sorbiranem stanju, del pa v mobilni fazi in se premika z njo. Posledično se izkaže, da je hitrost gibanja snovi manjša od hitrosti gibanja mobilne faze. Bolj ko se snov sorbira, počasneje se premika.

Če kromatografiramo mešanico snovi, je hitrost gibanja vsake izmed njih različna zaradi različne afinitete do sorbenta, zaradi česar se snovi ločijo: nekatere komponente se zamujajo na začetku poti, druge se premikajo nadalje.

Razvrstitev kromatografskih analiznih metod

Kromatografske metode analize so tako raznolike, da zanje ni enotne klasifikacije. Najpogosteje se uporablja več klasifikacij, ki temeljijo na naslednjih znakih:

§ agregatno stanje mobilne in stacionarne faze;

§ mehanizem interakcije snovi s sorbentom;

§ tehnika izvedbe analize (način formalizacije procesa);

§ metoda kromatografije (metoda premikanja snovi skozi kolono);

§ namen kromatografije.

Glede na agregatno stanje faz ločimo med plinsko kromatografijo (mobilna faza - plin ali para) in tekočinsko kromatografijo (mobilna faza - tekočina).

Glede na mehanizem interakcije snovi s sorbentom ločimo naslednje vrste kromatografije: adsorpcija, porazdelitev, ionska izmenjava, sediment, redoks, kompleksiranje itd.

V odvisnosti od način registracija proces razlikovati stebričasta in ravninski kromatografijo. V stebričasta kromatografijo proces delitev svinec v stolpci, napolnjena sorbent. Planar kromatografijo vključuje v sebe dva sorte: kromatografijo naprej papir in tanka plast kromatografijo naprej zapisov.

V odvisnosti od način kromatografijo razlikovati naslednji poglede kromatografija:

§ eluent (v razvoju) kromatografija;

§ premik kromatografija;

§ čelni kromatografijo.

Pogosteje skupaj se uporablja razvijajoča se metoda kromatografije. Sestavljen je v tem, da se v neprekinjen tok mobilne faze (eluent) vnese mešanica snovi, ki se bolje sorbirajo kot eluent. Ko se eluent premika skozi kolono s sorbiranimi snovmi, se z različno hitrostjo premika vzdolž sloja sorbenta in ga na koncu pusti v ločenih conah, ločenih z eluentom.

Glede na namen kromatografskega postopka obstajajo: analitična kromatografija - neodvisna metoda ločevanja, kvalitativna in kvantitativna analiza snovi; preparativna kromatografija za izolacijo čiste snovi iz mešanice.

Plinska kromatografija

Metoda plinske kromatografije je postala najbolj razširjena, saj sta bila zanjo najbolj razvita teorija in zasnova strojne opreme.

Plinska kromatografija je hibridna metoda, ki omogoča hkratno ločevanje in določanje sestavin zmesi.

Kot mobilno fazo (nosilni plin) se uporabljajo plini, njihove zmesi ali spojine, ki so v plinastem ali parnem stanju pod pogoji ločevanja.

Kot stacionarno fazo se uporabljajo trdni sorbenti (plinsko adsorpcijska kromatografija) ali tekočina, nanesena v tanki plasti na površino inertnega nosilca (plinsko-tekočinska kromatografija).

Prednosti analitične plinske kromatografije:

§ sposobnost prepoznavanja in količinske opredelitve posameznih sestavin kompleksnih mešanic;

§ visoka jasnost ločenosti in izraznosti;

§ sposobnost preučevanja mikro vzorcev in samodejnega beleženja rezultatov;

§ sposobnost analize širokega spektra predmetov - od lahkih plinov do velike molekulske mase organske spojine;

Temeljni teoretski pristopi

Naloga teorije kromatografije je vzpostaviti zakone gibanja in zamegljenosti kromatografskih con. Najpogosteje se za to uporabljajo naslednji pristopi:

§ teorija teoretičnih plošč;

§ kinetična teorija.

Teorija teoretičnih pladnjev temelji na predpostavki, da je steber razdeljen na majhne odseke - pladnje. To so ozke plasti stebra, v katerih se vzpostavi ravnovesje porazdelitve snovi med mobilno in stacionarno fazo.

Kinetična teorija povezuje učinkovitost ločevanja s procesi difuzije snovi v koloni zaradi gibanja toka nosilnega plina. Pri premikanju vzdolž stolpca je snov bodisi v mobilni fazi bodisi v stacionarni fazi, to pomeni, da je postopek kromatografije postopne narave. Čas, ki ga snov porabi v obeh fazah, določa hitrost njenega gibanja vzdolž stebra.

Kromatografski parametri vrha

Riž. 5 Kromatogram mešanice treh snovi

1. Retencijski čas (tR) je čas od trenutka injiciranja analiziranega vzorca do trenutka registracije največje vrednosti kromatografskega vrha. Odvisno je od narave snovi in je kakovostna značilnost.

2. Višina (h) ali površina (S) vrha

S = Ѕ u h. (4)

Višina in površina vrha sta odvisna od količine snovi in sta količinski značilnosti.

Zadrževalni čas je sestavljen iz dveh komponent - časa zadrževanja snovi v mobilni fazi (tm) in časa zadrževanja v mirujoči fazi (ts):

Shematski diagram plinskega kromatografa in namen glavnih enot

Naprava za vnos vzorca 3 omogoča vbrizgavanje določene količine analizirane mešanice v plinastem stanju v tok nosilnega plina tik pred kolono. Vključuje uparjalnik in dozirno napravo.

Tok nosilnega plina vnese analizirani vzorec v stolpec 5, kjer se zmes loči na posamezne sestavne dele.

Riž. 6 Blok diagram plinskega kromatografa: 1 - jeklenka z nosilnim plinom; 2 - enota za pripravo plina; 3 - naprava za vnos vzorca; 4 - termostat; 5 - kromatografska kolona; 6 - detektor; 7 - ojačevalnik; 8 - registrar

Slednji se v mešanici z nosilnim plinom dovajajo v detektor 6, ki ustrezne spremembe fizikalnih ali fizikalno -kemijskih lastnosti mešanice sestavin - nosilnega plina pretvori v električni signal . Detektor z ustreznim napajanjem sestavlja sistem odkrivanja.

Zahtevane temperaturne pogoje uparjalnika, kolone in detektorja dosežemo tako, da jih postavimo v ustrezne termostate 4, ki jih krmili termostat. Če je treba med analizo povečati temperaturo kolone, uporabite temperaturni programator. Termostati in termostat s programerjem sestavljajo termostatski sistem, ki vključuje tudi napravo za merjenje temperature.

Detektorski signal, pretvorjen z ojačevalnikom 7, se v zapisnik 8 zabeleži v obliki kromatograma.

Pogosto je v vezje vključen elektronski integrator ali računalnik za obdelavo podatkov.

Pogoji za izvedbo kromatografske analize

Pri kromatografski analizi je treba izbrati optimalne pogoje za ločitev analiziranih komponent. Pri določanju jih praviloma vodijo podatki iz literature. Na njihovi podlagi poskusno izberite:

§ stacionarna faza v plinsko-tekoči ali adsorbent v plinski adsorpcijski kromatografiji;

§ trden inertni nosilec pri plinsko-tekočinski kromatografiji;

§ nosilni plin;

§ poraba nosilnega plina;

§ volumen vzorca;

§ temperatura stolpca.

Kvalitativna analiza

Glavne metode za identifikacijo snovi:

1. Metoda označevanja

Prva različica metode temelji na dejstvu, da se pod enakimi pogoji eksperimentalno določijo in primerjajo retencijski časi referenčne (nalepke) in analiziranih snovi. Enakost omejitvenih parametrov omogoča identifikacijo snovi.

Druga varianta metode označevanja je vnos referenčne komponente (nalepke) v analizirano zmes, katere prisotnost je v mešanici. Povečanje višine ustreznega vrha v primerjavi z višino vrha pred dodajanjem dodatka kaže na prisotnost te spojine v mešanici.

2. Uporaba literarnih pomenov parametri zadrževanja.

Kvantitativna analiza

Kvantitativna analiza temelji na odvisnosti območja vrha od količine snovi (v nekaterih primerih se uporablja višina vrha).

Območja vrhov lahko določite na različne načine:

§ po formuli kot površina trikotnika;

§ z uporabo planimetra;

§ tehtanje izrezanih vrhov (vrhovi v kromatogramu se kopirajo na homogen papir, izrežejo in stehtajo);

§ z uporabo elektronskega integratorja;

§ z uporabo računalnika.

Natančnost kvantitativne kromatografske analize v veliki meri določa izbira najbolj racionalna metoda izračun koncentracije snovi. Glavne metode so:

§ absolutna kalibracijska metoda,

§ metoda notranje normalizacije,

§ metoda notranjega standarda.

Absolutna kalibracijska metoda

Bistvo metode je v tem, da se v kromatografsko kolono vnesejo znane količine standardne snovi in določijo območja vrhov.

Na podlagi pridobljenih podatkov se nariše umeritveni graf. Nato analizirano zmes kromatografiramo in vsebino te komponente določimo v skladu z grafom.

Za izračun teh koeficientov se določijo vršne površine najmanj 10 standardnih mešanic z različno vsebnostjo dane snovi i. Nato uporabite formulo.

ki = ui q / (S 100),

kjer je ki absolutni korekcijski faktor i-te snovi; ui - vsebnost i -te komponente v standardni mešanici (%); S je območje vrha;

q - velikost vzorca (prostornina, cm3 - za pline, μl - za tekočine ali masa, μg - za tekočine in trdne snovi).

Tako dobljeni koeficienti so povprečeni. Nato se preskusna mešanica analizira in rezultat se izračuna po formuli

ui = ki S 100 / q.

Metoda absolutne kalibracije je precej preprosta, vendar so nujni pogoji za njeno uporabo natančnost in ponovljivost odmerjanja vzorca, strogo upoštevanje konstantnosti parametrov načina kromatografije pri umerjanju naprave in pri določanju vsebnosti kromatografirane snovi .

Metoda absolutne kalibracije se še posebej pogosto uporablja pri določanju ene ali več komponent zmesi, zlasti pri uporabi kromatografa za nadzor načina tehnološkega procesa z vsebnostjo ene ali majhnega števila snovi v izdelkih. Ta metoda je glavna pri določanju nečistoč v sledovih.

Relativni korekcijski faktorji

Zaradi nizke natančnosti odmerjanja vzorca so bile razvite številne metode, pri katerih se velikost vzorca ne uporablja pri izračunih. Te metode uporabljajo relativne korekcijske faktorje. Upoštevajo razlike v občutljivosti uporabljenega detektorja na sestavine analiziranega vzorca in so malo odvisne od parametrov procesa. Najdejo se vnaprej za vsako komponento vzorca.

Za določitev relativnih korekcijskih (kalibracijskih) koeficientov se pripravi vrsta binarnih mešanic znane sestave in dobljeni kromatogrami se uporabijo za izračun po formuli

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

Uporabite lahko kalibracijske mešanice in več snovi, vendar se lahko natančnost določanja zmanjša.

Relativni korekcijski faktorji se uporabljajo pri metodah notranje normalizacije, notranjega standarda itd.

Metoda notranje normalizacije

Bistvo metode je v tem, da se vsota površin vrhov vseh sestavin zmesi vzame kot 100%.

Predpogoj uporaba metode je registracija vseh komponent (kromatogram vsebuje ločene vrhove vseh komponent zmesi).

Koncentracija i-te komponente se izračuna po formuli

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

Pri izračunu korekcijskih faktorjev po formuli (4) za to metodo lahko za standard izberemo eno od spojin, vključenih v preskusno mešanico. Kalibracijski faktor za standardno snov je enak 1.

Notranja standardna metoda

Bistvo metode je v tem, da se v analizirano zmes vnese določena količina standardne snovi (referenčna snov).

i = ki Si 100 r / Sst ..

kjer je ki je relativni korekcijski faktor i-te komponente, izračunan po formuli (4); Si in Sst. - območja vrhov i-te komponente in notranjega standarda; r je razmerje med maso notranjega standarda in maso analizirane mešanice (brez standarda): r = mst./mešanica.

Zahteve za snov, ki se uporablja kot notranji standard:

§ ne sme biti del preskusne mešanice;

§ mora biti inerten glede na sestavine analizirane mešanice in se popolnoma zmešati z njimi;

§ Vrh standarda je treba dobro razrešiti in se nahajati v neposredni bližini vrhov določenih spojin.

Notranji standard je izbran med številnimi spojinami, ki so po strukturi in fizikalno -kemijskih lastnostih podobne sestavinam analizirane mešanice. Relativni korekcijski faktorji sestavin zmesi se določijo glede na notranji standard.

Metoda se uporablja tako pod pogojem, da se vse komponente analizirane mešanice zabeležijo na kromatogramu, kot tudi v primeru nepopolno identificiranih zmesi. Glavna težava je v izbiri in natančnem odmerjanju standardne snovi.

Objavljeno na Allbest.ru

...

Podobni dokumenti

Analiza metod ločevanja snovi kot sklopa njihovih kemičnih in fizikalnih procesov in načinov njihovega izvajanja: ekstrakcija, membrana, intrafaza. Koprecipitacija je metoda koncentriranja sledov različnih elementov.

seminarska naloga, dodana 16.10.2011

Splošni pristopi k sintezi shem tehnološke ločitve. Polivarnost organizacije procesa tehnološkega ločevanja. Metode za sintezo tehnoloških shem ločevanja. Integralna hipotetična metoda. Ločitveni izdelki. Klorobenzen in diklorobenzeni.

diplomsko delo, dodano 01.04.2009

Metode za kvalitativno analizo snovi. Magnetno ločevanje železa in žvepla ter sinteza železovega sulfida. Flotacija, filtriranje in izhlapevanje zmesi. Uporaba kromatografije kot metode za ločevanje in čiščenje snovi. Fizikalne in kemijske metode analize.

povzetek, dodano 15.02.2016

Splošni pristopi k sintezi shem tehnološke ločitve. Polivarnost organizacije procesa tehnološkega ločevanja. Merila za optimizacijo. Metode za sintezo tehnoloških shem ločevanja. Metode sinteze, ki temeljijo na hevrističnih pravilih.

diplomsko delo, dodano 01.04.2009

Fizikalne in kemijske lastnosti kobalta. Cinkove kompleksne spojine. Študija sorpcijske koncentracije Co v prisotnosti cinka iz raztopin klorida v vrstnem redu ionskih izmenjevalcev. Tehnični rezultat, kar dosežemo z izvedbo izuma.

povzetek, dodan 14.10.2014

Sorbenti, imobilizirani s snovmi - nov razred učinkoviti sorbenti. 8-hidroksikinolin in njegove analitične aplikacije. Kelacijski sorbenti z 8-hidroksikinolinskimi skupinami. Preiskava koncentracije Cu na anionskem izmenjevalniku AB-17 in njeni rezultati.

seminarska naloga, dodana 27.09.2010

Kromatografsko metodo za ločevanje in analizo kompleksnih zmesi je odkril ruski botanik M.S. Barva. Kromatografija je večkratna ponovitev dejanj sorpcije in desorpcije snovi, ko se giblje v toku mobilne faze vzdolž stacionarnega sorbenta.

seminarska naloga, dodana 13.03.2011

Metode ločevanja azeotropnih in zeotropnih zmesi. Azeotropna in heteroazeotropna rektifikacija. Ekstraktivno popravljanje. Metode za sintezo tehnoloških shem ločevanja. Nekatere lastnosti, strupeni učinki, priprava in uporaba sestavin.

diplomsko delo, dodano 01.04.2009

Enačba kemijske reakcije z uporabo elektronsko-ionske metode. Določanje potencialov oksidacijskega in redukcijskega sredstva, smer procesa, termodinamična lastnosti H, S, G... Elektronska formula elementov za 2 in 4 kvantna števila.

seminarska naloga, dodana 25.11.2009

Toplotni učinek kemične reakcije ali sprememba entalpije sistema zaradi pojava kemične reakcije. Vpliv zunanjih pogojev na kemijsko ravnovesje. Vpliv tlaka, koncentracije in temperature na ravnotežni položaj. Vrste kemičnih vezi.

Obstaja veliko klasifikacij ločevalnih in koncentracijskih metod, ki temeljijo na različnih značilnostih. Razmislimo o najpomembnejših od njih.

1. Razvrstitev po naravi postopka je podana na sl.

Riž. 1

Kemijske metode ločevanja in koncentriranja temeljijo na pojavu kemijske reakcije, ki jo spremlja obarjanje produkta, nastanek plina. Na primer, pri organski analizi je glavna metoda koncentracije destilacija: med termičnim razpadom se matrika destilira v obliki CO2, H2O, N2, kovine pa je mogoče določiti v preostalem pepelu.

Fizikalno -kemijske metode ločevanja in koncentriranja najpogosteje temeljijo na selektivni porazdelitvi snovi med dvema fazama. Na primer, v petrokemični industriji je kromatografija največjega pomena.

Fizikalne metode ločevanja in koncentracije najpogosteje temeljijo na spremembi agregatnega stanja.

Riž. 2

V analitični kemiji sta največji pomen našli ločevalne in koncentracijske metode, ki temeljijo na porazdelitvi snovi med tekočo in trdno fazo.

3. Razvrstitev po številu osnovnih dejanj (korakov).
§ Enostopenjske metode - temeljijo na enotni porazdelitvi snovi med dvema fazama. Ločitev poteka v statičnih pogojih.
§ Večstopenjske metode - temeljijo na večkratni porazdelitvi snovi med dvema fazama. Obstajata dve skupini večstopenjskih metod:
- s ponovitvijo enotnega distribucijskega postopka (npr. ponovna ekstrakcija). Ločitev poteka v statičnih pogojih;
- metode, ki temeljijo na gibanju ene faze glede na drugo (na primer kromatografija). Ločitev poteka v dinamičnih pogojih
3. Razvrstitev po vrsti tehtnice (slika).

Riž. 3

Metode termodinamičnega ločevanja temeljijo na razliki v obnašanju snovi v ravnovesnem stanju. Največji pomen so v analitični kemiji.

36. Metode ločevanja snovi v analitski kemiji.

Ločitev - gre za operacijo (postopek), pri kateri se komponente, ki sestavljajo prvotno zmes, ločijo ena od druge. Najbolj razširjene so naslednje metode predhodne koncentracije in ločevanja.

Fizično:

Metode izhlapevanja

Taljenje in kristalizacija (zmrzovanje

Pepel - suh pepel mokro (mokro) pepeljenje Flotacija

Kemično:

Sedimentacija in soobarjanje centrifugiranje.

Kompleksacija.

Fizikalno -kemijski:

Kromatografske metode

Metode sorpcije adsorpcijo(absorpcija po površini), absorpcijo(absorpcija po prostornini), kemisorpcija

Elektroforetske metode -

Ekstrakcija-

2.3. Padavine in so padavine

Soobornice zbiralec m (oz nosilec mikrokomponent). V odsotnosti zbiralnika mikrokomponenta ne tvori oborine, saj produkt topnosti ustreznih spojin, ki vsebujejo mikrokomponento, ni dosežen. (slabo topne spojine ionov organskih snovi, kot so metil vijolična, metil oranžna, naftalen, α-sulfonska kislina, dimetilaminoazobenzen). Prednost imajo organski so-obarjevalniki, ki omogočajo ločevanje zaznanih ionov od raztopin s koncentracijo do 1: 10 13 in so zelo selektivni. Poleg tega se organski soobremenjevalci zlahka pepelijo, zaradi česar lahko soobarjene elemente dobimo v čisti obliki.

37. Metode koncentracije snovi v analitski kemiji. Koncentracija - operacijo (proces), zaradi česar se poveča razmerje koncentracije ali količine mikrokomponent do koncentracije ali količine makrokomponent ali baze (matriksa).

Potreba delitev in koncentriranje so lahko posledica naslednjih dejavnikov:

vzorec vsebuje komponente, ki motijo določanje;
koncentracija analita je pod mejo zaznavanja metode;
določene komponente so v vzorcu neenakomerno porazdeljene;
ni standardnih vzorcev za umerjanje instrumentov;
vzorec je zelo strupen, radioaktiven ali drag.

Razlikovati absolutna koncentracija in relativna koncentracija.

Absolutna koncentracija - gre za prenos mikrokomponent iz velike mase (ali velike prostornine) vzorca v majhno maso (ali majhno prostornino). To poveča koncentracijo mikrokomponent.

Relativna koncentracija (obogatitev) - je povečanje razmerja med količinami mikro- in makro komponent (ločitev določenih mikrokomponent od baze, od motečih mikrokomponent).

Rezultati koncentracije so količinsko značilni faktor koncentracije (faktor)F.(obstajajo še druge oznake):

kjer in - oziroma količina (ali koncentracija) mikrokomponente in makrokomponente pred koncentracijo; in - količina (ali koncentracija) mikrokomponente in makrokomponente po koncentraciji. V primeru absolutne koncentracije in je količina (volumen) raztopine pred koncentracijo in po njej.

Najbolj razširjene so naslednje metode predhodne koncentracije in ločevanja.

Fizično:

Metode izhlapevanja(izhlapevanje, destilacija, sublimacija); destilacija (pogosto se uporablja za odstranjevanje hlapnih snovi, na primer amonijevih soli) - ločitev temelji na različni hlapnosti sestavin.

Taljenje in kristalizacija (zmrzovanje) - ločevanje temelji na pretežnem prehodu ene od komponent raztopine ali taline v trdno fazo (na primer metoda conskega taljenja, ki se uporablja za koncentriranje nečistoč).

Pepel - metoda, pri kateri se prvotno analizirani material s toplotno obdelavo na zraku pretvori v mineralni ostanek - pepel (pogosto uporabljen pri analizi zdravilnih surovin). Ob suh pepel vzorec se počasi segreva in po odstranitvi produktov zgorevanja žge pri rdeči toploti (≈ 500 C o) do konstantne teže; ob mokro (mokro) pepeljenje vzorec obdelamo z raztopino ustreznega reagenta (na primer navlaženega s koncentrirano žveplovo kislino), počasi segrevamo in po odstranitvi produktov zgorevanja žgemo pri segreti temperaturi do konstantne teže.

Flotacija- ločitev temelji na razliki v gostotah glavne snovi in nečistoč (uporablja se za ločevanje odpadne kamnine).

Kemično:

Sedimentacija in soobarjanje- eden najpreprostejših in učinkovite načine koncentracijo ionov (podrobneje bo obravnavano v nadaljevanju). Za ločevanje usedlin se pogosto uporablja centrifugiranje.

Kompleksacija.

Fizikalno -kemijski:

Kromatografske metode- niz različnih metod, ki temeljijo na razliki v afiniteti ločenih komponent, ki se premikajo iz mobilne faze (tekočina, plin) v nepremično fazo (trdna, viskozna tekočina). Na primer pri ionsko izmenjevalni kromatografiji ločevanje temelji na razlikah v sorbljivosti komponent.

Metode sorpcije- na podlagi uporabe razlik v sposobnosti ločenih ali koncentriranih sestavin, da jih absorbirajo nosilne snovi (sorbenti). Razlikovati adsorpcijo(absorpcija po površini), absorpcijo(absorpcija po prostornini), kemisorpcija(absorpcijo spremljajo kemične reakcije).

Elektroforetske metode - temelji na uporabi razlik v hitrostih gibanja nabitih delcev raztopljenih snovi v zunanjem električnem polju. Učinkovit pri ločevanju snovi z nizko in visoko molekularno maso, na primer mešanice beljakovin, aminokislin itd.

Ekstrakcija- niz metod, ki temeljijo na uporabi razlik v topnosti ekstrahirane komponente v dveh stičnih fazah, ki se ne mešajo (dve tekoči ali tekoči in trdni).

Na primer, ditizon, kupferon in druge organske spojine tvorijo komplekse z določenimi kovinskimi ioni, ki jih zlahka izvlečemo iz vodnih raztopin z etrom ali kloroformom.

2.3. Padavine in so padavine

Soobornice- hkratno obarjanje običajno topne mikrokomponente z oborjeno makrokomponento iz iste raztopine zaradi nastajanja mešanih kristalov, adsorpcije, okluzije itd. Sediment makrokomponente se imenuje zbiralec m (oz nosilec mikrokomponent).

V odsotnosti zbiralnika mikrokomponenta ne tvori oborine, ker produkt topnosti ustreznih spojin, ki vsebujejo mikrokomponento, ni dosežen.

V analitični praksi se uporabljajo tako anorganski (aluminijev in železov hidroksid, železov fosfat) kot organski soobreditelji (slabo topne spojine ionov organskih snovi, na primer metil vijolična, metil oranžna, naftalen, α-sulfonska kislina, dimetilaminoazobenzen) . Prednost imajo organski so-obarjevalniki, ki omogočajo ločevanje zaznanih ionov od raztopin s koncentracijo do 1: 10 13 in so zelo selektivni. Poleg tega se organski soobremenjevalci zlahka razpenijo, zaradi česar lahko soobarjene elemente dobimo v čisti obliki.

38. Ekstrakcijsko ravnovesje. Nernst-Shilov zakon o distribuciji.

Ekstrakcija- niz metod, ki temeljijo na uporabi razlik v topnosti ekstrahirane komponente v dveh stičnih fazah, ki se ne mešajo (dve tekoči ali tekoči in trdni). V večini primerov analitska kemija uporablja kombinacijo dveh organsko topil, ki se ne mešajo. vodna raztopina ločene (obnovljive) snovi ". V tem primeru govorijo o tekočina ekstrakcija. Za ekstrakcijo izberemo organsko topilo, v katerem se analit dobro raztopi, druge sestavine zmesi pa so praktično netopne. Prednosti ekstrakcijskih metod:

preprostost

razpoložljivost

selektivnost

sposobnost dela z visokimi in nizkimi koncentracijami

hitrost izvajanja

poceni oprema itd.

kjer sta a (org) in a (aq) ravnotežni aktivnosti snovi A v organski in vodni fazi. V tem primeru se imenuje vrednost P porazdelitvena konstanta(prava termodinamika), je konstantna pri konstantni temperaturi za določen sistem.

Glede na to, da je aktivnost koncentracija enaka produktu koeficienta aktivnosti

R R, polnejši organska snov ekstrahiramo iz vodne raztopine v organsko fazo.

Iz teh enačb izhaja, da ekstrakcijska metoda v ravnovesnih pogojih ne more popolnoma ločiti snovi iz vodne faze v organsko, saj je ravnotežna koncentracija snovi v vodni fazi drugačna od 0.

39. Ekstrakcijsko ravnovesje. Porazdelitvena konstanta, porazdelitveni koeficient. Stopnja ekstrakcije. Faktor ločevanja dveh snovi. Pogoji za ločitev dveh snovi.

Poglejmo si porazdelitev snovi A med dve tekoči organski in vodni fazi, ki se ne stikata, pri stalni temperaturi: A (aq) ↔ A (org). Za to ravnovesje bo značilna ravnotežna konstanta P, enaka

kjer sta a (org) in a (aq) ravnotežni aktivnosti snovi A v organski in vodni fazi. Vrednost P in ta primer poklical porazdelitvena konstanta(resnična termodinamika), je konstantna pri konstantni temperaturi za določen sistem, ob upoštevanju, da je aktivnost enaka produktu koeficienta aktivnosti na koncentracijo

Če kemična narava snov A je enaka v obeh tekočih fazah in

Te formule odražajo Nernstov zakon o distribuciji. Konstantno R odvisno od narave porazdeljene snovi ter tekočih faz in temperature. Bolj R bolj popolno ekstrakcijo organske snovi iz vodne raztopine v organsko fazo. Iz teh enačb izhaja, da ekstrakcijska metoda v ravnovesnih pogojih ne more popolnoma ločiti snovi iz vodne faze v organsko, saj je ravnotežna koncentracija snovi v vodni fazi drugačna od 0.

Mnoge snovi pogosto najdemo v tekočih organskih in vodnih fazah, ki se ne mešajo, v drugačni kemijski obliki. Na primer, šibke organske kisline v vodni raztopini so delno v ionizirani obliki, t.j. V vodni raztopini obstajata dve obliki - molekule in anioni šibka kislina... V organski fazi je dimerizacija molekul kisline možna zaradi tvorbe vodikovih vezi, t.j. v organski fazi obstajata dve kemijski obliki kisline - monomer in dimer. V takih primerih (in so zelo pogosti) se z uvedbo porazdelitvenega koeficienta D upoštevajo celoten obstoj različnih oblik porazdeljene snovi (obstajajo tudi druge črkovne oznake za porazdelitveni koeficient):

kjer je vsota ravnotežnih koncentracij v organskem skupna masa(skupni znesek) v obeh fazah: S (A / B) = 1 ločitev dveh snovi A in B je nemogoča. Ločitev je možna, če sta izpolnjena naslednja dva pogoja:

S( A / B) ≥ 10 4 in D(A) D(B) ≤ 1. Ekstrakcijska konstantaTO bivši ,

Neposrednih instrumentalnih metod pogosto ni mogoče uporabiti pri analizi številnih kompleksnih predmetov bodisi zaradi nehomogene porazdelitve komponent v vzorcu bodisi zaradi težav pri umerjanju, ko ni standardnih vzorcev znane sestave. To lahko velja za različne industrijske, geološke, biološki materiali, okoljske objekte, pa tudi snovi visoke čistosti, ki vsebujejo nekatere sestavine na ravni μg / l, ng / g, ng / l. V takih primerih se zatečejo k koncentraciji in ločitvi mikrokomponent, ločitvi večine makrokomponent ali nečistoč, čemur sledi analiza nastalega koncentrata z različnimi kemičnimi in instrumentalnimi metodami.

Operacije ločevanja in koncentriranja temeljijo na istih postopkih in metodah, ki temeljijo na razliki med kemičnimi in fizične lastnosti komponente, ki jih je treba ločiti - temperature topnosti, sorpcije, vrelišča in sublimacije ter se razlikujejo po koncentracijah komponent, ki jih je treba ločiti.

Ločitev je postopek ali operacija, zaradi katere se komponente, ki sestavljajo začetno mešanico in katerih koncentracije so lahko primerljive, ločijo med seboj.

Koncentracija je postopek ali operacija, ki povzroči povečanje razmerja koncentracij ali količin mikrokomponent do koncentracije ali količine makrokomponent.

Ekstrakcija - metoda ločevanja in koncentriranja, ki temelji na porazdelitvi topljene snovi med dvema fazama, ki se ne mešata (običajno je v praksi ena faza vodna raztopina, druga pa organsko topilo). Glavne prednosti metode ekstrakcije:

1) možnost spreminjanja selektivnosti ločevanja

2) sposobnost dela z analiti pri različnih koncentracijah;

3) enostavnost oblikovanja tehnologije in strojne opreme;

4) sposobnost izvajanja neprekinjenega procesa, avtomatizacija;

5) visoka zmogljivost.

Ekstrakcijske metode za izolacijo snovi so našle široko uporabo pri analizi sestavin nekaterih industrijskih in naravna mesta... Ekstrakcija se izvede dovolj hitro, hkrati pa se doseže visoka učinkovitost ločevanja in koncentriranja ter je zlahka združljiva z različnimi metodami analize. Številne analitične metode pridobivanja so postale prototipi pomembnih tehnoloških postopkov pridobivanja, zlasti v jedrski energiji.

Osnovni pogoji metode ekstrakcije:

ekstraktor- organsko topilo, ki vsebuje ali ne vsebuje druge komponente, in ekstrakt iz vodne faze;

ekstrakcijska komponenta- reagent, ki s sestavino, ki jo je treba ekstrahirati, tvori kompleks ali sol, ki jo je mogoče ekstrahirati;

razredčilo- inertno (organsko) topilo, ki se uporablja za izboljšanje fizikalnih (gostota, viskoznost itd.) ali ekstrakcijskih (na primer selektivnost) lastnosti ekstraktanta. Inertnost se nanaša na nezmožnost tvorbe spojin s snovjo, ki jo je treba predelati.

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

ponovno ekstrakcijo- postopek povratne ekstrakcije snovi iz ekstrakta v vodno fazo;

ponovno izvleček- raztopino (običajno vodno ali samo vodo), ki se uporablja za ekstrakcijo snovi iz ekstrakta;

ponovno izvleči- ločena faza (običajno vodna), ki vsebuje snov, pridobljeno iz ekstrakta zaradi odstranjevanja;

soljenje- izboljšanje ekstrakcije snovi z dodajanjem elektrolita (sredstvo za izsoljevanje), ki prispeva k tvorbi ekstrakcijske spojine v vodni fazi.

Vrste ekstrakcijskih sistemov

Pri ekstrakciji tekočina-tekočina lahko ločimo več vrst ekstrakcijskih sistemov.

Sesalni sistemi tipa I. V teh ekstrakcijskih sistemih se kot organska faza uporabljajo organska topila ali njihove mešanice, kot vodna faza pa bodisi voda ali vodne raztopine soli. Razširjena uporaba takšnih ekstrakcijskih sistemov je razložena s poceni vodo kot topilom, njeno omejeno mešljivostjo z mnogimi organskimi topili in tudi z dejstvom, da je v veliki večini primerov objekt, ki ga je treba ekstrahirati, bodisi sprva v vodni raztopini ali se med pripravo vzorca predmeta spremeni v vodotopno stanje. ...

V nekaterih primerih so ekstrakcijski sistemi tipa I neprimerni za uporabo; v tem primeru se uporabljajo ekstrakcijski sistemi tipa II.

Sesalni sistemi tipa II. V teh ekstrakcijskih sistemih se kot nepolarna faza uporablja alifatski ogljikovodik, druga faza pa je polarno organsko topilo ali njegova vodna raztopina ali raztopina cinkovega halogenida v polarnem organskem topilu. Praviloma se kot alifatski ogljikovodiki najpogosteje uporabljajo nizko vreli ogljikovodiki, zlasti heksan, heptan, oktan, cikloheksan ali naftni eter.

Pomembno merilo za izbiro topil za ekstrakcijski sistem je omejena mešljivost ekstrakcijskih faz.

Metode ekstrakcije

Odvisno od problema, ki ga je treba rešiti, se uporabljajo preprosta ekstrakcija, šaržna ekstrakcija ali protitočna ekstrakcija. Periodična ekstrakcija je ekstrakcija snovi iz ene faze z ločenimi deli svežega ekstrakta. Z ostanki visoke vrednosti porazdelitveni koeficient, bo ena sama ekstrakcija omogočila količinsko ekstrakcijo snovi v organsko fazo. Učinkovitost posamezne ekstrakcije je mogoče označiti s stopnjo ekstrakcije -R,%, izračunano po formuli: $ R = org * 100% / skupaj $ kjer je org. - količina snovi A v organski fazi; skupaj - skupna količina snovi A v obeh fazah.

Če ena sama ekstrakcija ne zagotavlja zadostne stopnje predelave, se lahko R poveča s povečanjem volumna organske faze ali z večkratno ekstrakcijo.

Periodično ekstrakcijo prednostno izvajamo v ločevalnem lijaku, v katerega vnesemo vodno raztopino, ki vsebuje spojino, ki jo je treba ekstrahirati, in organsko topilo, ki se ne meša z vodno fazo. Lijak nato močno pretresite, da zagotovite fazni stik. Po stresanju se faze ločijo.

Resna pomanjkljivost večkratne ekstrakcije je znatno redčenje predelane komponente, še posebej, če je število stopenj veliko. Porabo ekstraktanta lahko zmanjšamo, če izčrpno ekstrakcijo izvedemo v napravah za neprekinjeno ekstrakcijo. Neprekinjeno ekstrakcijo izvajamo z neprekinjenim in relativnim gibanjem dveh faz; ena od faz, običajno voda, ostane nepremična.

Neprekinjeno odsesavanje je še posebej priročno, ko je porazdelitveni koeficient zelo nizek in bi ga bilo treba izvesti zelo veliko število zaporedne ekstrakcije. Splošno načelo Neprekinjena ekstrakcija je sestavljena iz destilacije ekstrakta iz destilacijske bučke, kondenzacije in prehajanja skozi raztopino za ekstrakcijo. Ekstraktant se loči in teče nazaj v sprejemno bučko, od koder se ponovno destilira in cikel ponovi, medtem ko ekstrakcijska snov ostane v sprejemni bučki. V primeru, da topila ni mogoče enostavno destilirati, lahko iz rezervoarja neprestano dodajate dele svežega topila, vendar bo poraba ekstraktanta znatna.

Protitočno ekstrakcijo izvajamo v Craigovem aparatu, ki je sestavljen iz številnih celic posebne zasnove, razporejenih tako, da se ena faza (na primer organska) zaporedno prenaša iz ene celice v drugo po vsaki ravnotežni porazdelitvi.

Shematski prikaz aparata za ekstrakcijo protitoka

Pred začetkom ekstrakcije so vse celice delno napolnjene s težkim topilom, ki je stacionarna faza. V celici 0 zmes, ki jo je treba ločiti, damo v isto topilo. Nato se v celico 0 vnese lažje topilo, ki se ne meša s prvim (mobilna faza). Faze mešamo in pustimo ločiti. Po ločitvi faz zgornji sloj iz celice 0 se prenese v celico 1, v celico 0 pa se vnese nov del svežega topila in hkrati izvede ekstrakcija v obeh celicah. Nato se zgornje plasti iz celic 0 in 1 prenesejo v celice 1 oziroma 2, nov del mobilne faze se spet vnese v celico 0 in postopek ekstrakcije se ponovi. Z vnosom svežega topila v sistem se lahko izvede poljubno število ekstrakcij.

Protitočna ekstrakcija ima veliko učinkovitost ločevanja. Z njeno pomočjo je mogoče ločiti snovi od blizu kemijske lastnosti... Na primer, ta metoda je bila uporabljena za ločevanje redkih zemeljskih elementov. Protitočno ločevanje se pogosto uporablja za frakcioniranje organskih spojin. Pomembna pomanjkljivost protitočne ekstrakcije je močno redčenje komponent med ločevanjem.

Metode ločevanja in koncentriranja se uporabljajo za ločevanje kompleksnih večkomponentnih mešanic, izolacijo analita iz zmesi in povečanje koncentracije analita v vzorcu. Te metode vključujejo: ekstrakcijo, izolacijo in koncentracijo s padavinami, uparjanje, pepel in cono taljenje. Bolje je, da se te metode nanašajo na fizikalno -kemijske metode, saj temeljijo na lastnostih snovi, kot so topnost, hlapnost, taljenje, kristalizacija.

Potreba po ločitvi in koncentraciji pri izvedbi strokovnih raziskav je lahko predvsem posledica naslednjih dejavnikov:

koncentracija analita je pod mejo zaznavanja metode;
preskusni vzorec vsebuje komponente, ki vplivajo na določanje.

Ekstrakcija - postopek ekstrakcije posameznih sestavin kompleksne mešanice s topilom. Pri delu s trdnimi vzorci (fino zmlet prah) se uporablja različna topnost posameznih sestavin zmesi, pri ekstrakciji iz raztopine pa drugačna porazdelitev komponent zmesi v dveh tekočinah, ki se ne mešajo.

Te metode se pogosto uporabljajo pri preučevanju predmetov forenzične preiskave, tako za predhodne raziskave kot za pripravo na nadaljnjo analizo takšnih predmetov, kot so materiali za pisanje, papir, materiali za barvanje in lakiranje ter lakiranje, smodnik, vlakna, identifikacijske oznake, polimerni materiali, zdravila in zdravila, naftni derivati ter goriva in maziva, tla in minerali.

Sedimentacija. Metode izolacije in koncentracije s padavinami - temeljijo na ločevanju komponent iz zmesi v obliki zmerno topne spojine ali s soobarjanjem na težko topni oborini anorganske, organske ali mešane spojine.

Izhlapevanje Je postopek ločevanja in čiščenja snovi, pri katerem se tekočina ali trdna snov, ko se segreje, spremeni v plinasto stanje (izhlapi iz zmesi), nato pa se, ko se ohladi, kondenzira in tvori spet tekočo ali včasih trdno fazo .

Razlikujejo se metode: destilacija, frakcijsko izhlapevanje (destilacija), sublimacija.

Destilacija ali preprosto izhlapevanje - enostopenjski postopek ločevanja in koncentriranja snovi.

Destilacija ali frakcijsko izhlapevanje temelji na različni hlapnosti snovi. Do ločitve in koncentracije sestavin zmesi pride zaradi razlike v njihovih vreliščih in izhlapevanja posameznih komponent pri različne temperature v različnih časih.

Sublimacija (sublimacija) – to je prenos snovi iz trdnega v plinasto stanje in njeno kasnejše obarjanje v trdni obliki (mimo tekoče faze). Za sublimacijo količin snovi v sledovih se pogosto uporablja metoda "hladnega prsta", pri kateri se komponenta v sledovih kondenzira na ohlajeni palici, ki se nahaja v zaprti posodi neposredno nad segretim vzorcem; po potrebi se sistem izprazni

Metode pepela- to so metode koncentracije, ki so sestavljene iz mineralizacije predmetov analize - organskih in organokovinskih spojin, živalskega in rastlinskega materiala, tal za poznejšo elementarno analizo.

Uporabljajo se za pripravo predmetov forenzične preiskave dokumentov, forenzično -biološko preiskavo, pregled snovi, materialov in izdelkov iz njih, za elementarno analizo s kemičnimi in spektralnimi metodami. Možno je razlikovati eno vrsto papirja po barvi ostankov pepela in približni določitvi vrste polnila. Mineralizacija farmacevtskih izdelkov se uporablja za približno določitev zdravilne snovi glede na vrsto ostanka pepela.

Consko taljenje Je metoda čiščenja trdnih toplotno odpornih snovi, ki temelji na prerazporeditvi sestavin zmesi v talini (med tekočo staljeno in trdno fazo, ki pridejo v stik).

Pogoj za uporabo metode conskega taljenja je toplotna stabilnost snovi pri temperaturi taljenja in njena sposobnost kristalizacije. Odsotnost topil v postopku čiščenja praktično odpravi izgubo snovi, ki je možna zaradi njenega nepopolnega ločevanja od raztopine.