Методи поділу та концентрування лекції. Методи виділення, поділу та концентрування речовин в аналітичній хімії

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

1. Методи поділу та концентрування

Загальні відомості про поділ та концентрування

Поділ - це операція, що дозволяє відокремити компоненти проби друг від друга.

Його використовують, якщо одні компоненти проби заважають визначенню чи виявленню інших, тобто коли метод аналізу недостатньо селективний і треба уникнути накладання аналітичних сигналів. При цьому зазвичай концентрації речовин, що розділяються, близькі.

Концентрування - це операція, що дозволяє збільшити концентрацію мікрокомпонентів щодо основних компонентів проби (матриці).

Його використовують, якщо концентрація мікрокомпонента менша за межу виявлення Сmin, тобто коли метод аналізу недостатньо чутливий. У цьому концентрації компонентів сильно різняться. Часто концентрування поєднується з розподілом.

Види концентрування.

1. Абсолютне: мікрокомпонент переводять з великого об'єму або великої маси проби (Vпр або mпр) в менший об'єм або меншу масу концентрату (Vконц або mконц). В результаті концентрація мікрокомпоненту збільшується в n разів:

де n – ступінь концентрування.

Чим менший обсяг концентрату, тим більший рівень концентрування. Наприклад, 50 мг катіоніту поглинули германій із 20 л водопровідної води, потім германій десорбували 5 мл кислоти. Отже, ступінь концентрування германію склала:

2. Відносне (збагачення): мікрокомпонент відокремлюється від макрокомпонента так, що відношення їх концентрацій збільшується. Наприклад, у вихідній пробі відношення концентрацій мікро- та макрокомпонентів становило 1: 1000, а після збагачення - 1: 10. Зазвичай це досягається шляхом часткового видалення матриці.

Поділ і концентрування мають багато спільного, з цією метою використовуються одні й самі методи. Вони дуже різноманітні. Далі будуть розглянуті методи поділу та концентрування, що мають найбільше значенняв аналітичної хімії.

Класифікація методів поділу та концентрування

Існує безліч класифікацій методів поділу та концентрування, заснованих на різних ознаках. Розглянемо найважливіші їх.

1. Класифікація за природою процесу дано на рис.

Рис. 1 Класифікація методів поділу за природою процесу

Хімічні методи поділу та концентрування засновані на протіканні хімічної реакціїяка супроводжується осадженням продукту, виділенням газу. Наприклад, в органічному аналізі основним методом концентрування є відгін: при термічному розкладанні матриця відганяється у вигляді СО2, Н2О, N2, а в золі, що залишилася, можна визначати метали.

Фізико- хімічні методирозділення та концентрування найчастіше засновані на виборчому розподілі речовини між двома фазами. Наприклад, у нафтохімічній промисловості найбільше значення має хроматографія.

Фізичні методи поділу та концентрування найчастіше засновані на зміні агрегатного стану речовини.

2. Класифікація за фізичною природою двох фаз. Розподіл речовини може здійснюватися між фазами, що знаходяться в однаковому або різному агрегатному стані: газоподібному (Г), рідкому (Ж), твердому (Т). Відповідно до цього розрізняють такі методи (рис.).

Рис. 2 Класифікація методів поділу за природою фаз

В аналітичній хімії найбільше значення знайшли методи поділу та концентрування, які засновані на розподілі речовини між рідкою та твердою фазою.

3. Класифікація за кількістю елементарних актів (ступенів).

§ Одноступінчасті методи - засновані на одноразовому розподілі речовини між двома фазами. Поділ відбувається у статичних умовах.

§ Багатоступінчасті методи - засновані на багаторазовому розподілі речовини між двома фазами. Розрізняють дві групи багатоступінчастих методів:

- З повторенням процесу одноразового розподілу (наприклад, повторна екстракція). Поділ відбувається у статичних умовах;

– методи, що ґрунтуються на русі однієї фази щодо іншої (наприклад, хроматографія). Поділ проходить у динамічних умов

3. Класифікація за видом рівноваги (рис.).

Рис. 3 Класифікація методів поділу на вигляд рівноваги

Термодинамічні методи поділу засновані на відмінності у поведінці речовин у рівноважному стані. Вони мають найбільше значення у аналітичній хімії.

Кінетичні методи поділу засновані на відмінності у поведінці речовин під час процесу, що веде до рівноважного стану. Наприклад, у біохімічних дослідженнях найбільше значення має електрофорез. Інші кінетичні методи використовуються для поділу частинок колоїдних розчинів та розчинів високомолекулярних сполук. В аналітичній хімії ці методи застосовуються рідше.

Хроматографічні методи засновані і на термодинамічній, і на кінетичній рівновазі. Вони мають величезне значення в аналітичній хімії, оскільки дозволяють провести поділ та одночасно якісний та кількісний аналіз багатокомпонентних сумішей.

Екстракція як метод поділу та концентрування

Екстракція - це метод поділу та концентрування, заснований на розподілі речовини між двома рідкими фазами, що не змішуються, (найчастіше - водної та органічної).

З метою екстракційного поділу створюють такі умови, щоб один компонент повністю перейшов в органічну фазу, а інший залишився у водній. Потім ділять фази за допомогою ділильної вирви.

З метою абсолютного концентрування речовину переводять з більшого обсягу водного розчину менший обсяг органічної фази, внаслідок чого концентрація речовини в органічному екстракті збільшується.

З метою відносного концентрування створюють такі умови, щоб мікрокомпонент перейшов у органічну фазу, а більша частина макрокомпоненту залишилася б у водній. У результаті органічному екстракті відношення концентрацій мікро- і макрокомпонента збільшується на користь мікрокомпонента.

Переваги екстракції:

§ висока вибірковість;

§ простота виконання (потрібна лише ділильна вирва);

§ мала трудомісткість;

§ швидкість (3-5 хв);

§ екстракція дуже добре поєднується з методами подальшого визначення, внаслідок чого виник ряд важливих гібридних методів (екстракційно-фотометричний, екстракційно-спектральний та ін).

Співосадження як метод поділу та концентрування

Співосада - це захоплення мікрокомпоненту осадом-колектором під час його утворення, причому мікрокомпонент переходить в осад з ненасиченого розчину (ПС< ПР).

Як колектори використовують неорганічні та органічні малорозчинні сполуки з розвиненою поверхнею. Поділ фаз проводять шляхом фільтрування.

Співосаду застосовують з метою:

§ концентрування домішок як дуже ефективного та одного з найважливіших методів, що дозволяє підвищити концентрацію в 10-20 тис. разів;

§ відділення домішок (рідше).

Сорбція як метод поділу та концентрування

Сорбція - це поглинання газів чи розчинених речовин твердими чи рідкими сорбентами.

Як сорбенти використовують активне вугілля, Al2O3, кремнезем, цеоліти, целюлозу, природні та синтетичні сорбенти з іоногенними та хелатоутворюючими групами.

Поглинання речовин може відбуватися на поверхні фази (адсорбція) або обсягу фази (абсорбція). В аналітичній хімії найчастіше застосовують адсорбцію з метою:

§ поділу речовин, якщо створити умови для селективного поглинання;

§ концентрування (рідше).

Крім того, сорбція в динамічних умовах покладена в основу найважливішого методу поділу та аналізу – хроматографії.

Іонний обмін

Іонний обмін – це оборотний стехіометричний процес, який відбувається на межі розділу фаз іоніт – розчин електроліту.

Іоніти - це високомолекулярні поліелектроліти різної будовита складу. концентрування хімічний сорбція газ

Основною властивістю іонітів є те, що вони поглинають з розчину катіони або аніони, виділяючи при цьому розчин еквівалентне число іонів того ж знака заряду.

Процес іонного обміну описується законом дії мас:

де А і В – іони у розчині, та – іони у фазі іоніту.

Ця рівновага характеризується константою обміну (К):

де а – активності іонів.

Якщо К > 1, то іон має більшу спорідненість до іоніту; якщо До< 1, то ион А обладает бульшим сродством к иониту; если же К? 1, то оба иона одинаково сорбируются ионитом.

На перебіг іонного обміну впливають такі фактори:

1) природа іоніту;

2) природа іона: що більше ставлення заряду іона до радіусу гідратованого іона (z/r), то більше схожість до іоніту;

3) властивості розчину:

§ значення рН (див. у наступних розділах);

§ концентрація іона: з розведених розчинів іоніт сорбує іони з більшим зарядом, та якщо з концентрованих - з меншим;

§ іонна сила розчину: чим менше м, тим краще сорбуються іони.

Види іонітів

Існує велика кількість найрізноманітніших іонітів. Вони класифікуються за походженням і за знаком заряду іонів, що обмінюються.

Залежно від походження розрізняють дві групи
іонітів:

1. Природні іоніти:

§ неорганічні (глини, цеоліти, апатити);

§ органічні (целюлоза).

2. Синтетичні іоніти:

§ неорганічні (пермутити);

§ органічні (високомолекулярні матеріали).

В аналітичній хімії найчастіше використовуються синтетичні органічні іоніти.

Залежно від знака заряду іонів, що обмінюються, іоніти називаються таким чином:

1. Катіоніти – обмінюють катіони, містять кислотні групи:

§ -SO3H (сильнокислотні катіоніти, обмін відбувається в широкому інтервалі значень рН);

§ -РO3H2 (середньокислотні катіоніти, обмін відбувається при рН > 4);

§ -СООН, -ВІН (слабкокислотні катіоніти, обмін відбувається при рН > 5).

2. Аніоніти - обмінюють аніони, що містять оснувні групи:

§ четвертинні алкіламонієві групи (високооснувні аніоніти, обмін відбувається в широкому інтервалі значень рН);

§ аміно- та іміногрупи, (середньо- та низькооснувні аніоніти, обмін відбувається при рН< 8-9).

3. Амфоліти – обмінюють і катіони, і аніони залежно від умов. Мають обидва види груп - кислотні та оснувні.

Будова синтетичних органічних іонітів. Реакції іонного обміну

Синтетичні органічні іоніти мають тривимірну ланцюгову структуру. Вони складаються з високомолекулярної (ВМ) матриці, у якій закріплені іоногенні групи.

Наприклад, для високоосновного аніоніту у хлоридній формі R-N(CH3)3Cl

Склад іоніту

нерухомий ВМ іон	рухомий НМ іон

	фіксований іон	протиіон
	іоногенна група

Як матриця зазвичай виступає сополімер стиролу і дивінілбензолу (ДВБ), який є зшивающим агентом: кожна його молекула, як місток, з'єднує 2 сусідні лінійні ланцюги полістиролу.

В іонному обміні беруть участь рухомі низькомолекулярні (НМ) іони, що входять до складу іоногенних груп.

Наприклад, реакція катіонного обміну за участю сильнокислотного катіоніту у водневій формі записується наступним чином:

а реакція аніонного обміну за участю високоосновного аніоніту у хлоридній формі

Основні фізико-хімічні характеристики іонітів

Іоніти як матеріали мають безліч фізико-хімічних та фізико-механічних характеристик. З них для хіміка-аналітика найбільше значення мають три основні фізико-хімічні характеристики – вологість, набухання та обмінна ємність.

Вологість (W, %) характеризує здатність іоніту поглинати вологу з повітря. Її можна розрахувати на підставі експериментальних даних:

де mо та m - маса іоніту до і після сушіння.

Зазвичай вологість іонітів у межах 10-15 %.

Набухання характеризує рівень збільшення обсягу іоніту при контакті з водою або іншим розчинником. Величина набухання залежить від ступеня зшивання високомолекулярної матриці іоніту (% ДВБ). Завдяки набухання іонний обмін протікає швидко. Причиною набухання є наявність полярних іоногенних груп, здатних до гідратації чи сольватації. Обмінна ємність (ОЕ) – це найважливіша кількісна характеристика іоніту. Вона характеризує здатність іоніту до іонного обміну. Повна обмінна ємність (ПОЕ) даного іоніту є постійною величиною і визначається числом фіксованих іонів в матриці іоніту. Вона залежить від таких факторів: природа іоніту;

§ значення рН розчину;

§ умови визначення (статичні чи динамічні);

§ природа обмінюваного іона;

§ радіус іона (ситовий ефект).

Масова обмінна ємність показує, скільки мілімоль еквівалентів іона - n(1/z іона) - може обміняти 1 грам сухого іоніту. Вона розраховується за такою формулою:

Об'ємна обмінна ємність показує, скільки мілімоль еквівалентів іона - n(1/z іона) - може обміняти 1 мілілітр набряклого іоніту. Вона розраховується за такою формулою:

Залежно та умовами визначення розрізняють статичну (СОЕ) і динамічну (ДОЕ) обмінну ємність, причому СОЕ? Дої.

Види динамічної обмінної ємності:

§ до проскоку поглинається іона, або робоча (ДОІ), показує, яка кількість іонів може поглинути іоніт до моменту появи їх в елюаті (проскоку);

§ повна (ПДВЕ) - показує, скільки іонів може поглинути іоніт досі повного насичення іоногенних груп у умовах.

Відмінність між величинами Дої та ПДВЕ представлено на малюнку:

Розміщено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4 Повна динамічна обмінна ємність (ПДВЕ) та ємність до проскоку (Дої)

Застосування іонітів у аналітичній хімії

Іоніти застосовуються на вирішення наступних завдань аналітичної практики.

§ Поділ речовин. Іонний обмін є зручним та ефективним методомподілу речовин. Наприклад, з його допомогою вдається розділити навіть такі близькі за хімічними властивостями елементи як лантаноїди.

§ Концентрування речовин. Спочатку великий обсяг розведеного розчину пропускають через колонку з іонітом. Після цього сорбовані іони вимивають з колонки мінімальною кількістю елюенту.

§ Визначення «незручних» катіонів та аніонів. Часто необхідно провести аналіз зміст так званих «незручних» іонів. Такі іони не мають хіміко-аналітичних властивостей, які дозволили б легко визначити їх із застосуванням хімічних або інструментальних методів аналізу. Із катіонів до них відносяться іони лужних металів(Na+, K+ та ін.), з аніонів - , та ін.

Визначення «незручних» аніонів засноване на попередньому пропусканні проби через колонку з аніонітом у гідроксидній формі і подальшому титруванні кислотою, що виділилася лужами:

§ Отримання деіонізованої води. Пропускають воду послідовно через колонку з катіонітом у водневій формі, потім через колонку з аніонітом у гідроксидній формі. В результаті всі катіони та аніони затримуються іонітами і виходить вода, що не містить іонів.

Хроматографічні методи аналізу

Хроматографічний метод аналізу вперше був застосований російським ботаніком М. С. Колір для аналізу хлорофілу. Назва методу походить від грецького слова "хроматос" - колір, хоча метод дозволяє розділяти будь-які, зокрема незабарвлені сполуки.

Нині хроматографія одна із найперспективніших методів аналізу. Вона широко застосовуються в різних галузях промисловості та наукових дослідженняхдля аналізу сумішей газоподібних, рідких та твердих речовин.

У нафтохімічної та газової промисловості частку хроматографії припадає 90% всіх виконуваних аналізів. Газова хроматографія використовується в біології та медицині, технології переробки деревини, лісохімії та харчової промисловостіта інших областях. Близько 30% аналізів контролю стану довкілля(загазованість повітря, аналіз стічних водта ін) виконується газохроматографічними методами.

Сутність хроматографічних методів аналізу

Хроматографія - це динамічний метод поділу та визначення речовин, заснований на багаторазовому розподілі компонентів між двома фазами - рухомою та нерухомою.

Речовина надходить у шар сорбенту разом із потоком рухомої фази. При цьому речовина сорбується, а потім при контакті зі свіжими порціями рухомої фази десорбується. Переміщення рухомої фази відбувається безперервно, тому безперервно відбуваються сорбція та десорбція речовини. При цьому частина речовини знаходиться в нерухомій фазі в сорбованому стані, а частина - в рухомій фазі та переміщається разом з нею. В результаті швидкість руху речовини виявляється меншою, ніж швидкість руху рухомої фази. Чим сильніше сорбується речовина, тим повільніше воно переміщається.

Якщо хроматографується суміш речовин, швидкість переміщення кожного з них різна через різну спорідненість до сорбенту, в результаті чого речовини поділяються: одні компоненти затримуються на початку шляху, інші просуваються далі.

Класифікація хроматографічних методів аналізу

Хроматографічні методи аналізу настільки різноманітні, що єдиної класифікації їх немає. Найчастіше використовують кілька класифікацій, основою яких покладено такі признаки:

§ агрегатний стан рухомої та нерухомої фаз;

§ механізм взаємодії речовини з сорбентом;

§ техніка виконання аналізу (спосіб оформлення процесу);

§ спосіб хроматографування (спосіб просування речовини через колонку);

§ ціль хроматографування.

Залежно від агрегатного стану фаз розрізняють газову хроматографію (рухлива фаза – газ або пара) та рідинну хроматографію (рухлива фаза – рідина).

За механізмом взаємодії речовини з сорбентом розрізняють такі види хроматографії: адсорбційна, розподільна, іонообмінна, осадова, окисно-відновна, комплексоутворювальна та ін.

В залежності від способу оформлення процесу розрізняють колонкову і площинну хроматографію. В колонковою хроматографії процес поділу ведуть в колонках, заповнених сорбентом. Площинна хроматографія включає в себе дві різновиди: хроматографію на папері і тонкошарова хроматографію на платівках.

В залежності від способу хроматографування розрізняють наступні види хроматографії:

§ елюентна (Виявна) хроматографія;

§ витісняльна хроматографія;

§ фронтальна хроматографія.

Частішевсього використовується проявний спосіб хроматографування. Він полягає в тому, що в безперервний потік рухомої фази (елюенти) вводять суміш речовин, які сорбуються краще за елюенти. У міру руху елюентів через колонку з сорбованими речовинами вони переміщуються вздовж шару сорбенту з різною швидкістю і, нарешті, виходять із неї окремими зонами, розділеними елюентом.

За метою проведення хроматографічного процесу розрізняють: аналітичну хроматографію - самостійний метод поділу, якісного та кількісного аналізу речовин; препаративну хроматографію для виділення чистих речовиніз суміші.

Газова хроматографія

Метод газової хроматографії набув найбільшого поширення, оскільки йому найповніше розроблені теорія і апаратурне оформлення.

Газова хроматографія - це гібридний метод, що дозволяє одночасно проводити і поділ, та визначення компонентів суміші.

Як рухомий фази (газу-носія) використовують гази, їх суміші або з'єднання, що знаходяться в умовах поділу в газоподібному або пароподібному стані.

Як нерухому фазу використовують тверді сорбенти (газоадсорбційна хроматографія) або рідину, нанесену тонким шаром на поверхню інертного носія (газорідинна хроматографія).

Переваги аналітичної газової хроматографії:

§ можливість ідентифікації та кількісного визначення індивідуальних компонентів складних сумішей;

§ висока чіткість поділу та експресивність;

§ можливість дослідження мікропроб та автоматичного запису результатів;

§ можливість аналізу широкого кола об'єктів - від легких газів до високомолекулярних органічних сполук;

Основні теоретичні підходи

У завдання теорії хроматографії входить встановлення законів руху та розмивання хроматографічних зон. Найчастіше для цього використовують такі підходи:

§ теорію теоретичних тарілок;

§ кінетичну теорію.

Теорія теоретичних тарілок будується припущенні, що колонка розбита на невеликі ділянки - тарілки. Це вузькі шари колонки, в яких встановлюється рівновага розподілу речовини між рухомою та нерухомою фазами.

Кінетична теорія пов'язує ефективність поділу з процесами дифузії речовини в колонці рахунок руху потоку газу-носія. Речовина під час руху вздовж колонки перебуває то рухомий фазі, то нерухомої, т. е. процес хроматографування носить ступінчастий характер. Від часу, проведеного речовиною обох фазах, залежить швидкість його просування колонці.

Параметри хроматографічних піків

Рис. 5 Хроматограма суміші трьох речовин

1. Час утримування (tR) - це час від моменту введення проби, що аналізується, до моменту реєстрації максимуму хроматографічного піку. Воно залежить від природи речовини та є якісною характеристикою.

2. Висота (h) або площа (S) піку

S = ? щ h. (4)

Висота та площа піку залежать від кількості речовини та є кількісними характеристиками.

Час утримування складається з двох складових - часу перебування речовин у рухомій фазі (tm) та часу перебування у нерухомій фазі (ts):

Принципова схема газового хроматографа та призначення основних вузлів

Пристрій для введення проби 3 дозволяє вводити в потік газу-носія безпосередньо перед колонкою певну кількість аналізованої суміші газоподібному стані. Воно включає випарник та дозуючий пристрій.

Потік газу-носія вносить аналізовану пробу колонку 5, де здійснюється поділ суміші на окремі складові компоненти.

Рис. 6 Блок-схема газового хроматографа: 1 - балон із газом-носієм; 2 – блок підготовки газів; 3 - пристрій для введення проби; 4 – термостат; 5 – хроматографічна колонка; 6 – детектор; 7 – підсилювач; 8 - реєстратор

Останні суміші з газом-носієм подаються в детектор 6, який перетворює відповідні зміни фізичних або фізико-хімічних властивостей суміші компонент - газ-носій порівняно з чистим газом-носієм в електричний сигнал. Детектор із відповідним блоком живлення складає систему детектування.

Необхідні температурні режими випарника, колонки та детектора досягаються приміщенням їх у відповідні термостати 4, керовані терморегулятором. Якщо потрібно підвищувати температуру колонки в процесі аналізу, використовують програматор температури. Термостати та терморегулятор з програматором складають систему термостатування, в яку також входить пристрій вимірювання температури.

Сигнал детектора, перетворений підсилювачем 7 записується у вигляді хроматограми реєстратором 8.

Часто схему включають електронний інтегратор або комп'ютер для обробки даних.

Умови проведення хроматографічного аналізу

Під час проведення хроматографічного аналізу необхідно вибрати оптимальні умови поділу аналізованих компонентів. Зазвичай, за її визначенні керуються літературними даними. На їх основі експериментально вибирають:

§ нерухому фазу в газорідинній або адсорбент у газоадсорбційній хроматографії;

§ твердий інертний носій у газорідинній хроматографії;

§ газ-носій;

§ витрата газу-носія;

§ обсяг проби;

§ температуру колонки.

Якісний аналіз

Основні способи ідентифікації речовин:

1. Метод мітки

Перший варіант методу заснований на тому, що в однакових умовах експериментально визначають часи утримування еталонних (мітка) та аналізованих речовин та порівнюють їх. Рівність параметрів утримання дозволяє ідентифікувати речовину.

Другий варіант методу мітки полягає в тому, що аналізовану суміш вводять еталонний компонент (мітка), присутність якого в суміші передбачається. Збільшення висоти відповідного піку порівняно з висотою піку до введення добавки свідчить про наявність цієї сполуки суміші.

2. Використання літературних значеньпараметрів утримування.

Кількісний аналіз

В основі кількісного аналізу лежить залежність площі піку від кількості речовини (у деяких випадках використовують висоту піку).

Існують різні способи визначення площі піків:

§ за формулою, як площа трикутника;

§ за допомогою планіметра;

§ зважуванням вирізаних піків (піки на хроматограмі копіюють на однорідний папір, вирізують та зважують);

§ за допомогою електронного інтегратора;

§ за допомогою ЕОМ.

Точність кількісного хроматографічного аналізу значною мірою визначається вибором найбільш раціонального методурозрахунку концентрації речовин. Основними методами є:

§ метод абсолютного калібрування,

§ метод внутрішньої нормалізації,

§ метод внутрішнього стандарту.

Метод абсолютного калібрування

Сутність методу полягає в тому, що хроматографічну колонку вводять відомі кількості стандартної речовини і визначають площі піків.

За отриманими даними будують калібрувальний графік. Потім хроматографують аналізовану суміш та за графіком визначають вміст даного компонента.

Для розрахунку цих коефіцієнтів визначають площі піків не менше 10 стандартних сумішей з різним вмістом цієї речовини i. Потім використовують формулу.

ki = щi q/(S 100),

де ki - абсолютний поправний коефіцієнт i-го речовини; щi - вміст i-го компонента стандартної суміші (%); S – площа піку;

q – величина проби (обсяг, см3 – для газів, мкл – для рідин, або маса, мкг – для рідин та твердих речовин).

Отримані в такий спосіб коефіцієнти усереднюють. Потім проводять аналіз досліджуваної суміші та розраховують результат за формулою

щi = ki S 100/q.

Метод абсолютної градуювання досить простий, але необхідними умовами застосування є точність і відтворюваність дозування проби, суворе дотримання сталості параметрів режиму хроматографування при градуюванні приладу і при визначенні вмісту хроматографованого речовини.

Метод абсолютної градуювання особливо широко застосовують щодо одного або декількох компонентів суміші, зокрема при використанні хроматографа для регулювання режиму технологічного процесу за вмістом в продуктах одного або невеликого числа речовин. Цей метод є основним щодо мікродомішок.

Відносні поправочні коефіцієнти

У зв'язку з невисокою точністю дозування проби розроблено низку методів, у яких величина проби не використовується у розрахунках. У цих методах застосовують відносні поправні коефіцієнти. Вони враховують відмінності в чутливості детектора до компонентів аналізованої проби і мало залежать від параметрів процесу. Їх знаходять попередньо кожного компонента проби.

Для визначення відносних поправочних (калібрувальних) коефіцієнтів готують серії бінарних сумішей відомого складу та за отриманими хроматограмами проводять розрахунок за формулою

ki = (i / ст) / (Si / Sст), (4)

Можна використовувати калібрувальні суміші більшого числаречовин, однак точність визначення може знизитися.

Відносні поправочні коефіцієнти використовують у методах внутрішньої нормалізації, внутрішнього стандарту та ін.

Метод внутрішньої нормалізації

Сутність методу у тому, що суму площ піків всіх компонентів суміші приймають за 100 %.

Необхідною умовоюзастосування методу є реєстрація всіх компонентів (на хроматограмі присутні розділені вершини всіх компонентів суміші).

Концентрацію i-го компонента розраховують за формулою

i = ki Si 100 / У (ki Si).

При розрахунку поправочних коефіцієнтів за формулою (4) для даного методуяк стандарт може бути обрано одне з сполук, що входить до складу досліджуваної суміші. Калібрувальний коефіцієнт для стандартної речовини дорівнює 1.

Метод внутрішнього стандарту

Сутність методу полягає в тому, що в аналізовану суміш вводять певну кількість стандартної речовини (речовини порівняння).

i = ki Si 100 r/Sст.

де ki - Відносний поправочний коефіцієнт i-го компонента, розрахований за формулою (4); Si та Sст. - площі піків i-го компонента та внутрішнього стандарту; r - відношення маси внутрішнього стандарту до маси аналізованої суміші (без стандарту): r = mст./m суміші.

Вимоги до речовини, що використовується як внутрішній стандарт:

§ воно не повинно входити до складу досліджуваної суміші;

§ воно має бути інертним по відношенню до компонентів аналізованої суміші та повністю змішуватися з ними;

§ пік стандарту повинен бути добре дозволеним і розташовуватися в безпосередній близькості від піків з'єднань, що визначаються.

Внутрішній стандарт вибирається з числа сполук, близьких за структурою та фізико-хімічними властивостями до компонентів аналізованої суміші. Відносні поправні коефіцієнти компонентів суміші визначаються по відношенню до внутрішнього стандарту.

Метод застосовується як за умови реєстрації на хроматограмі всіх компонентів аналізованої суміші, так і у разі не повністю ідентифікованих сумішей. Основна труднощі полягає у виборі та точному дозуванні стандартної речовини.

Розміщено на Allbest.ru

...

Подібні документи

Аналіз методів поділу речовин як сукупності характерних для них хімічних та фізичних процесів та способів їх здійснення: екстракція, мембранний, внутрішньофазний. Співосадження - метод концентрування слідових кількостей різних елементів.

курсова робота , доданий 16.10.2011

Загальні підходи до синтезу технологічних схем розподілу. Поліваріантність організації технологічного процесу розподілу. Методи синтезу технологічних схем розподілу. Інтегрально-гіпотетичний метод. Продукти розподілу. Хлорбензол та дихлорбензоли.

дипломна робота , доданий 04.01.2009

Методи якісного аналізу речовин. Магнітна сепарація заліза та сірки та синтез сульфіду заліза. Флотація, фільтрування та випарювання сумішей. Використання хроматографії як методу поділу та очищення речовин. Фізичні та хімічні методи аналізу.

реферат, доданий 15.02.2016

Загальні підходи до синтезу технологічних схем розподілу. Поліваріантність організації технологічного процесу розподілу. Критерії оптимізації. Методи синтезу технологічних схем розподілу. Методи синтезу, що базуються на евристичних правилах.

дипломна робота , доданий 04.01.2009

Фізико-хімічна характеристика кобальту. Комплексні сполуки цинку. Вивчення сорбційного концентрування Co у присутності цинку із хлоридних розчинів у вбранні іонітів. Технічний результат, який досягнуто при здійсненні винаходу

реферат, доданий 14.10.2014

Іммобілізовані речовинами сорбенти - новий класефективних сорбентів. 8-оксихінолін та його аналітичне застосування. Хелатоутворюючі сорбенти з 8-оксихіноліновими групами. Дослідження концентрування Cu на аніоніті АВ-17 та його результати.

курсова робота , доданий 27.09.2010

Хроматографічний метод поділу та аналізу складних сумішей був відкритий російським ботаніком М.С. Колір. Хроматографія - багаторазове повторення актів сорбції та десорбції речовини при переміщенні його в потоці рухомої фази вздовж нерухомого сорбенту.

курсова робота , доданий 13.03.2011

Методи поділу азеотропних та зеоторпних сумішей. Азеотропна та гетероазеотропна ректифікація. Екстрактивна ректифікація. Методи синтезу технологічних схем розподілу. Деякі властивості, токсична дія, отримання та застосування компонентів.

дипломна робота , доданий 04.01.2009

Рівняння хімічної реакції з використанням електронно-іонного методу. Визначення потенціалів окислювача та відновника, напрямки перебігу процесу, термодинамічних характеристик H,S,G. Електронна формула елементів за 2 та 4 квантовими числами.

курсова робота , доданий 25.11.2009

Тепловий ефект хімічної реакції або зміна ентальпії системи через протікання хімічної реакції. Вплив зовнішніх умов на хімічна рівновага. Вплив тиску, концентрації та температури на положення рівноваги. Типи хімічних зв'язків.

1. Класифікація за природою процесу дано на рис.

Рис. 1

Хімічні методи поділу та концентрування засновані на перебігу хімічної реакції, що супроводжується осадженням продукту, виділенням газу. Наприклад, в органічному аналізі основним методом концентрування є відгін: при термічному розкладанні матриця відганяється у вигляді СО2, Н2О, N2, а в золі, що залишилася, можна визначати метали.

Фізико-хімічні методи поділу та концентрування найчастіше засновані на вибірковому розподілі речовини між двома фазами. Наприклад, у нафтохімічній промисловості найбільше значення має хроматографія.

Фізичні методи поділу та концентрування найчастіше засновані на зміні агрегатного стану речовини.

Рис. 2

3. Класифікація за кількістю елементарних актів (ступенів).
§ Одноступінчасті методи - засновані на одноразовому розподілі речовини між двома фазами. Поділ відбувається у статичних умовах.
§ Багатоступінчасті методи - засновані на багаторазовому розподілі речовини між двома фазами. Розрізняють дві групи багатоступінчастих методів:
- З повторенням процесу одноразового розподілу (наприклад, повторна екстракція). Поділ відбувається у статичних умовах;
– методи, що ґрунтуються на русі однієї фази щодо іншої (наприклад, хроматографія). Поділ проходить у динамічних умовах
3. Класифікація за видом рівноваги (рис.).

Рис. 3

36.Методи поділу речовин в аналітичній хімії.

Поділ –це операція (процес), в результаті якого компоненти, що становлять вихідну суміш, відокремлюються один від одного. Найбільшого поширення набули такі методи попереднього концентрування та поділу.

Фізичні:

Методи випаровування

Плавленняі кристалізація (замерзання

Озоління - сухому озоленні вологому (мокрому) озоленні Флотація

Хімічні:

Осадженняі співосадження центрифугування.

Комплексоутворення.

Фізико-хімічні:

Хроматографічні методи

Сорбційні методи адсорбцію(поглинання поверхнею), абсорбцію(поглинання обсягом), хемосорбцію

Електрофоретичні методи

Екстракція-

2.3. Осадження та співосадження

Співосадження колектором (або носієм мікрокомпонентів). У відсутності колектора мікрокомпонент не утворює осад, так як добуток розчинності відповідних сполук , що містять мікрокомпонент, не досягається. фіолетового, метилового оранжевого, нафталіну, -сульфокислоти, диметиламіноазобензолу). Перевага віддається органічним співосадникам, які дозволяють виділяти іони, що визначаються, з розчинів з концентрацією до 1: 10 13 і відрізняються високою селективністю. Крім того, органічні співосадителі легко озоляються, завдяки чому елементи, що співсаджуються, вдається отримати в чистому вигляді.

37. Методи концентрації речовин у аналітичній хімії. Концентрування –операція (процес), у результаті якого підвищується відношення концентрації чи кількості мікрокомпонентів до концентрації чи кількості макрокомпонентів, чи основи (матриці).

Необхідність поділуі концентруванняможе бути обумовлена такими факторами:

проба містить компоненти, що заважають визначенню;
концентрація визначається компонента нижче межі виявлення методу;
обумовлені компоненти нерівномірно розподілені у пробі;
відсутні стандартні зразки для градуювання приладів;
проба високотоксична, радіоактивна чи дорога.

Розрізняють абсолютне концентруванняі відносне концентрування.

Абсолютне концентрування –це переведення мікрокомпонентів із великої маси (або великого обсягу) зразка в малу масу (або малий обсяг). При цьому збільшується концентрація мікрокомпонентів.

Відносне концентрування (збагачення) -це збільшення відношення між кількостями мікро- і макрокомпонентів (відділення визначених мікрокомпонентів від основи, від мікрокомпонентів, що заважають).

Результати концентрування кількісно характеризують коефіцієнтом (фактором) концентруванняF(Зустрічаються й інші позначення):

де і - відповідно кількість (або концентрація) мікрокомпоненту та макрокомпоненту до концентрування; і - відповідно кількість (або концентрація) мікрокомпоненту та макрокомпоненту після концентрування. У разі абсолютного концентрування - кількість (об'єм) розчину до і після концентрування.

Найбільшого поширення набули такі методи попереднього концентрування та поділу.

Фізичні:

Методи випаровування(упарювання, перегонка, сублімація); відгін (широко використовують для видалення летких речовин, наприклад, солей амонію) - поділ заснований на різній леткості компонентів.

Плавленняі кристалізація (замерзання) - поділ заснований на переважному переході одного з компонентів розчину або розплаву у тверду фазу (напр., метод зонної плавки, що застосовується для концентрування домішкових речовин).

Озоління -метод, у якому вихідний аналізований матеріал шляхом термічної обробки повітря перетворюють на мінеральний залишок – золу (часто застосовують під час аналізу лікарської сировини). При сухому озоленнізразок повільно нагрівають і після видалення продуктів згоряння прожарюють при температурі червоного гартування (≈ 500 ° С) до постійної маси; при вологому (мокрому) озоленнізразок обробляють розчином відповідного реактиву (наприклад, змочують конц. сірчаної к-тої), повільно нагрівають і після видалення продуктів згоряння прожарюють при температурі червоного жару до постійної маси.

Флотація- Поділ заснований на відмінності щільностей основної речовини та домішок (застосовують для відділення порожньої породи).

Хімічні:

Осадженняі співосадження- один з найпростіших і ефективних способівконцентрування іонів (детально буде розглянуто далі). Для відділення осаду широко використовують центрифугування.

Комплексоутворення.

Фізико-хімічні:

Хроматографічні методи- Сукупність різних методів, заснованих на відмінності в спорідненості компонентів, що розділяються, що переміщуються з рухомою фазою (рідина, газ) до нерухомої фази (тверда речовина, ваязкая рідина). Наприклад, при іонообмінній хроматографії поділ заснований на відмінностях у сорбованості компонентів.

Сорбційні методи- засновані на використанні відмінностей у здатності компонентів, що розділяються або концентруються, поглинатися речовинами-носіями (сорбентами). Розрізняють адсорбцію(поглинання поверхнею), абсорбцію(поглинання обсягом), хемосорбцію(Поглинання, що супроводжується перебігом хімічних реакцій).

Електрофоретичні методизасновані на використанні відмінностей у швидкостях руху заряджених частинок розчинених речовин у зовнішньому електричному полі. Ефективний при розподілі як низькомолекулярних, так і високомолекулярних речовин, наприклад, суміші білків, амінокислот та ін.

Наприклад, дитизон, купферон та інші органічні сполуки з деякими іонами металів утворюють комплекси, що легко екстрагуються з водних розчинів ефіром або хлороформом.

2.3. Осадження та співосадження

Співосадження- одночасне осадження зазвичай розчинного мікрокомпоненту з макрокомпонентом, що випадає в осад, з одного і того ж розчину внаслідок утворення змішаних кристалів, адсорбції, оклюзії і т.д. Осад макрокомпоненту називають колектором (або носієм мікрокомпонентів).

У відсутність колектора мікрокомпонент не утворює осад, так як добуток розчинності відповідних сполук, що містять мікрокомпонент, не досягається.

В аналітичній практиці використовуються як неорганічні (гідрокси алюмінію та заліза, фосфат заліза), так і органічні співосадителі (малорозчинні сполуки іонів органічних речовин, наприклад метилового фіолетового, метилового оранжевого, нафталіну, α-сульфокислоти, диметиламіноазобензолу). Перевага віддається органічним співосадникам, які дозволяють виділяти іони, що визначаються, з розчинів з концентрацією до 1: 10 13 і відрізняються високою селективністю. Крім того, органічні співосадителі легко озоляються, завдяки чому елементи, що співсаджуються, вдається отримати в чистому вигляді.

38. Екстракційна рівновага. Закон розподілу Нернста-Шилова.

Екстракція- сукупність методів, заснованих на використанні відмінностей у розчинності видобувного компонента у двох контактуючих фазах, що не змішуються (двох рідких або рідкої і твердої). У більшості випадків в аналітичній хімії використовують комбінацію двох контактуючих фаз, що не змішуються, «органічний розчинник – водний розчинподілюваних (витягуваних) речовин». У такому разі говорять про рідиннийекстракції. Для екстрагування підбирають такий органічний розчинник, в якому визначається речовина добре розчиняється, а інші компоненти суміші практично не розчиняються. Переваги екстракційних методів:

простота

доступність

вибірковість

можливість працювати як з великими, так і з малими концентраціями

швидкість проведення

дешевизна обладнання та ін.

де а(орг) та а(водн) - рівноважні активності речовини А в органічній та водній фазі відповідно. Величина Р у цьому випадку називається константою розподілу(Справжня термодинамічна), вона постійна при постійній температурі для даної системи.

Враховуючи, що активність дорівнює добутку коефіцієнта активності на концентрацію

Р Р, тим повніше органічна речовинавилучається з водного розчину органічну фазу.

З цих рівнянь випливає, що методом екстракції не можна в рівноважних умовах повністю виділити речовину з водної фази в органічну, оскільки рівноважна концентрація речовини у водній фазі відмінна від 0.

39. Екстракційна рівновага. Константа розподілу, коефіцієнт розподілу. Ступінь вилучення. Чинник поділу двох речовин. Умови поділу двох речовин.

Розглянемо розподіл речовини А між двома контактуючими рідкими органічними і водною фазами, що не змішуються, при постійній температурі: А(водн) ↔ А(орг). Ця рівновага буде характеризуватись константою рівноваги Р, рівною

де а(орг) та а(водн) - рівноважні активності речовини А в органічній та водній фазі відповідно. Величина Р в даному випадкуназивається константою розподілу(Істинна термодинамічна), вона постійна при постійній температурі для даної системи. Враховуючи, що активність дорівнює добутку коефіцієнта активності на концентрацію

Якщо хімічна природаречовини А однакова в обох рідких фазах і

Ці формули відбивають закон розподілу Нернста. Константа Рзалежить від природи речовини, що розподіляється, і рідких фаз і температури. Чим більше Ртим повніше органічна речовина витягується з водного розчину в органічну фазу. З цих рівнянь випливає, що методом екстракції не можна в рівноважних умовах повністю виділити речовину з водної фази в органічну, оскільки рівноважна концентрація речовини у водній фазі відмінна від 0.

Багато речовин часто знаходяться в контактних рідких органічних і водних фазах, що не змішуються, в неоднаковій хімічній формі. Наприклад, слабкі органічні кислоти у водному розчині частково перебувають у іонізованої формі, тобто. у водному розчині існує дві форми – молекули та аніони слабкої кислоти. У органічній фазі можлива димеризація молекул кислоти з допомогою утворення водневих зв'язків, тобто. в органічній фазі присутні дві хімічні форми кислоти – мономер та димер. У подібних випадках (а вони зустрічаються дуже часто) сумарне існування різних форм розподіленої речовини враховується запровадженням коефіцієнта розподілу D (зустрічаються й інші літерні позначення коефіцієнта розподілу):

де - сума рівноважних концентрацій в органічній загальній масі(сумарній кількості) в обох фазах: S (А/В) = 1 розподіл двох речовин А і В неможливо. Поділ можливий, якщо дотримуються наступних двох умов:

S(А/В) ≥ 10 4 і D(А) D(В) ≤ 1. Константа екстракціїДо екс ,

Прямі інструментальні методи часто не можуть бути використані при аналізі багатьох складних об'єктів або через негомогенного розподілу компонентів у зразку, або у зв'язку з труднощами градуювання, коли стандартні зразки відомого складу відсутні. Це може бути справедливо щодо цілого ряду промислових, геологічних, біологічних матеріалівоб'єктів навколишнього середовища, а також речовин високої чистоти, що містять деякі компоненти на рівні мкг/л, нг/г, нг/л. У таких випадках вдаються до концентрування та поділу мікрокомпонентів, відокремлення основної маси макрокомпонентів або елементів-домішок з подальшим аналізом отриманого концентрату різними хімічними та інструментальними методами.

В основі операцій поділу та концентрування лежать одні і ті ж процеси та методи, засновані на відмінності хімічних та фізичних властивостейкомпонентів, що розділяються - розчинності, сорбції, температур кипіння і сублімації і, що відрізняються концентраціями компонентів, що розділяються.

Поділ- це процес або операція, в результаті якого компоненти, що становлять вихідну суміш, і концентрації яких можуть бути сумірні, відокремлюються один від одного.

Концентрування- це процес чи операція, у яких підвищується ставлення концентрацій чи кількості мікрокомпонентів до концентрації чи кількості макрокомпонентів.

Екстракція - метод поділу і концентрування, заснований на розподілі розчиненої речовини між двома фазами, що не змішуються (зазвичай на практиці однією фазою є водний розчин, а другий - органічний розчинник). Основні переваги екстракційного методу:

1) можливість варіювання вибірковості поділу

2) можливість роботи з аналітами на різних рівнях концентрацій;

3) легкість технологічного та апаратурного оформлення;

4) можливість здійснення безперервного процесу автоматизації;

5) висока продуктивність.

Екстракційні методи виділення речовин знайшли широке застосування при аналізі компонентів деяких промислових та природних об'єктів. Екстракція виконується досить швидко, при цьому досягається висока ефективність поділу та концентрування, легко сумісна з різноманітними методами аналізу. Багато аналітичних методів екстракції стали прообразами важливих технологічних екстракційних процесів, особливо в атомній енергетиці.

Основні терміни методу екстракції:

екстрагент- органічний розчинник, що містить або не містить інші компоненти та екстрагує речовину з водної фази;

екстракційний компонент- реагент, що утворює з видобутим компонентом комплекс або сіль, які здатні екстрагуватися;

розріджувач- інертний (органічний) розчинник, що використовується для покращення фізичних (щільність, в'язкість та ін) або екстракційних (наприклад, вибірковість) властивостей екстрагента. Під інертністю розуміється нездатність утворювати сполуки з речовиною, що видобувається.

екстракт- відокремлена органічна фаза, що містить екстрагована з водної фази речовина;

реєстрація- процес зворотного вилучення речовини з екстракту у водну фазу;

реекстрагент- розчин (зазвичай водний або тільки вода), що використовується для вилучення речовини з екстракту;

реекстракт- Відокремлена фаза (зазвичай водна), що містить речовину, витягнуту з екстракту в результаті реекстракції;

висолення- поліпшення екстракції речовини шляхом додавання електроліту (висальника), який сприяє утворенню з'єднання, що екстрагується, у водній фазі.

Типи екстракційних систем

При здійсненні рідинно-рідинної екстракції можна виділити кілька типів екстракційних систем.

Екстракційні системи І типу. У цих екстракційних системах як органічної фази використовуються органічні розчинники або їх суміші, а як водна фаза або вода, або водні розчини солей. Велике поширення таких екстракційних систем пояснюється дешевизною води як розчинника, її обмеженою змішуваністю з багатьма органічними розчинниками, а також тим, що в переважній більшості випадків об'єкт, який необхідно екстрагувати, або спочатку знаходиться у водному розчині, або перетворюється на водорозчинний стан у процесі пробопідготовки об'єкта .

У ряді випадків, екстракційні системи типу I непридатні для роботи, в цьому випадку використовують екстракційні системи типу II.

Екстракційні системи ІІ типу. У цих екстракційних системах як неполярну фазу використовується аліфатичний вуглеводень, другою фазою служить або полярний органічний розчинник, або його водний розчин, або розчин галогеніду цинку в полярному органічному розчиннику. Як правило, як аліфатичний вуглеводень найчастіше використовують легкокиплячі вуглеводні, зокрема гексан, гептан, октан, циклогексан або петролейний ефір.

Важливим критерієм вибору розчинників екстракційної системи є обмежена змішуваність екстракційних фаз.

Способи здійснення екстракції

Залежно від розв'язуваного завдання застосовують просту екстракцію, періодичну екстракцію або протиточну екстракцію. Періодична екстракція є екстракцією речовини з однієї фази окремими порціями свіжого екстрагента. При залишку високих значенняхкоефіцієнта розподілу одноразова екстракція дозволить кількісно витягти речовину органічну фазу. Ефективність одноразової екстракції можна характеризувати ступенем вилучення -R, %, що розраховується за формулою: $R=орг*100%/заг$ де орг. - кількість речовини А в органічній фазі; заг - загальна кількість речовини А в обох фазах.

Якщо одноразова екстракція не забезпечує достатнього ступеня вилучення, то R можна підвищити за рахунок збільшення об'єму органічної фази або вдаючись до багаторазової екстракції.

Періодичну екстракцію переважно проводять у ділильній лійці, в яку вводять водний розчин, що містить екстрагується з'єднання, і органічний розчинник, що не змішується з водною фазою. Потім вирву енергійно струшують для забезпечення контакту фаз. Після струшування фази поділяють.

Серйозним недоліком багаторазової екстракції є значне розведення компоненту, що витягується, особливо якщо число стадій велике. Витрата екстрагента можна зменшити, якщо вичерпну екстракцію проводити в апаратах безперервної екстракції. Безперервна екстракція здійснюється при безперервному і відносному переміщенні двох фаз; одна із фаз, зазвичай водна, залишається нерухомою.

Безперервна екстракція особливо зручна, коли коефіцієнт розподілу дуже малий і для кількісного вилучення було необхідно провести дуже велике числопослідовних екстракцій. Загальний принципбезперервної екстракції полягає в дистиляції екстрагента з перегінної колби, конденсуванні та пропусканні його через розчин, що піддається екстракції. Екстрагент відокремлюється і стікає назад у приймальну колбу, звідки він знову відганяється і заново проходить цикл, у той час як речовина, що екстрагується, залишається в приймальній колбі. Якщо розчинник не можна легко перегнати, порції свіжого розчинника можуть безперервно додаватися з резервуара, але при цьому витрата екстрагента буде значною.

Протиточну екстракцію проводять в апараті Крейга, який складається з ряду осередків спеціальної конструкції, влаштованих таким чином, що одна фаза (наприклад, органічна) послідовно переходить з одного осередку до іншого після кожного рівноважного розподілу.

Схематичне зображення приладу для протиточної екстракції

Перед початком екстракції усі осередки частково заповнюють важким розчинником, який є нерухомою фазою. У комірку 0 поміщають суміш, що розділяється, в тому ж розчиннику. Потім в комірку 0 вводять легший незмішується з першим розчинник (рухлива фаза). Фази перемішують і залишають розшаровуватися. Після розшарування фаз верхній шарз комірки 0 переносять у комірку 1, а в комірку 0 вводять нову порцію свіжого розчинника і проводять одночасну екстракцію в обох комірках. Далі верхні шари з осередків 0 і 1 переносять у комірки 1 і 2 відповідно, в комірку 0 знову вводять нову порцію рухомої фази і повторюють процес екстракції. Введення в систему свіжого розчинника дозволяє здійснити будь-яку кількість екстракцій.

Протиточна екстракція має велику ефективність поділу. З її допомогою вдається розділити речовини з близькими хімічними властивостями. Наприклад, цей метод застосовували для поділу рідкісноземельних елементів. Протиточний поділ широко застосовують для фракціонування органічних сполук. Істотним недоліком протиточної екстракції є сильне розведення компонентів при розподілі.

Методи поділу та концентрування застосовуються для поділу складних багатокомпонентних сумішей, виділення із суміші визначуваного компонента та підвищення концентрації аналізованого компонента в пробі. До цих методів відносяться: екстракція, виділення та концентрування осадженням, випаровування, озолення та зонна плавка. Ці методи правильніше віднести до фізико-хімічних методів, оскільки вони ґрунтуються на таких властивостях речовин, як розчинність, леткість, плавлення, кристалізація.

Необхідність поділу та концентрування при проведенні експертних досліджень може бути обумовлена головним чином такими факторами:

концентрація визначається компонента нижче межі виявлення методу;
досліджувана проба містить компоненти, що заважають визначенню.

Екстракція - процес вилучення з допомогою розчинника окремих компонентів складної суміші. При роботі з твердими зразками (тонко подрібненим порошком) використовують різну розчинність окремих компонентів суміші, а при екстракції з розчину – різний розподіл компонентів суміші у двох рідинах, що не змішуються.

Ці методи знаходять широке застосування при дослідженні об'єктів судової експертизи, як для попереднього дослідження, так і для підготовки до подальшого аналізу таких об'єктів як матеріали письма, папір, ЛКМ та ЛКП, пороху, волокна, ідентифікаційні мітки, полімерних матеріалів, наркотиків та лікарських препаратів, нафтопродуктів та паливно-мастильних матеріалів, ґрунтів та мінералів.

Осадження. Методи виділення та концентрування осадженням – засновані на виділенні компонентів із суміші у вигляді важкорозчинної сполуки або співосадження на важкорозчинному осаді неорганічної, органічної або змішаної сполуки.

Випаровування– це процес поділу та очищення речовин, при якому рідка або тверда речовина при нагріванні переходить у газоподібний стан (випаровується із суміші), а потім при охолодженні конденсується, утворюючи знову рідку або іноді тверду фазу.

Виділяють методи: відгону, фракційного випаровування (дистиляції), сублімації.

Відгінабо просте випарювання – одноступінчастий процес поділу та концентрування речовин.

Дистиляція або фракційне випаровуваннязаснована на різній леткості речовин. Поділ і концентрування компонентів суміші відбувається за рахунок відмінності їх точок кипіння та випаровування окремих компонентів при різної температурив різний час.

Лікування (сублімація) – це переведення речовини з твердого стану в газоподібний та його подальше осадження у твердій формі (минаючи рідку фазу). Для сублімації мікрокількостей речовин часто використовують метод «холодного пальця», при якому слідовий компонент конденсується на охолодженому стрижні, розташованому всередині закритої судини безпосередньо над зразком, що обігрівається; при необхідності система вакуумується

Методи озолення– це методи концентрування, що полягають у мінералізації об'єктів аналізу – органічних та металоорганічних сполук, тварин та рослинних матеріалів, ґрунтів для подальшого елементного аналізу.

Використовуються для підготовки об'єктів судово-технічної експертизи документів, судово-біологічної експертизи, експертизи речовин, матеріалів та виробів із них, для елементного аналізу хімічними та спектральними методами. Можлива диференціація паперу одного виду за кольором зольного залишку та орієнтовне визначення виду наповнювача. Мінералізація фармацевтичних препаратів використовується для орієнтовного визначення лікарської речовини на вигляд зольного залишку.

Зонна плавка– це метод очищення твердих термостійких речовин, заснований на перерозподілі компонентів суміші в розплаві (між стикаються рідкою розплавленою та твердою фазами).

Умовою застосування методу зонної плавки є термостабільність речовини при температурі плавлення та її здатність до кристалізації. Відсутність у процесі очищення розчинників практично виключає втрати речовини, можливі через його неповне виділення з розчину.