ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.08.2020
Просмотров: 1193
Скачиваний: 4
Ионообменная хроматография
Ионообменная хроматография отличается от адсорбционной тем, что на ионитах одновременно с сорбцией одного иона из раствора происходит десорбция другого иона, ранее связанного с сорбентом. Обмениваться между раствором и сорбентом могут одноименные ионы, то есть одинаково заряженные. Вследствие этого различают процесса анионного и катионного обмена. Иониты, на которых протекает процесс катионного обмена, называют катионитами, при процессе анионного обмена - анионитами.
В качестве ионитов применяют главным образом фенольно-формальдегидные синтетические смолы, представляющие по своей химической природе кислоты - катиониты и основания - аниониты.
Активными группами катионитов являются кислотные группы. Наиболее важные катиониты содержат сульфогруппы SO3H, которые диссоциируют даже в кислой среде. В некоторых случаях используют также иониты слабокислотного типа, например смолы, содержащие карбоксильные СООНгруппы. В реакциях обмена во всех случаях участвует водород функциональной группы. Реакция ионного обмена обратима, на чем основана способность катионита регенерироваться при обработке кислотами.
Аниониты можно рассматривать как высокомолекулярные нерастворимые основания или как соли таких оснований. Активными группами таких анионитов являются аминогруппы NH2, NHR, NHR2 или четвертичные аммониевые группы NR3. В реакциях обмена анионитов обычно участвуют гидроксильные группы амаониевых оснований.
Регенерируются аниониты обычно слабым раствором щелочи.
Распределительная хроматография
Распределительная хроматография основана на различии в величине коэффициента распределения компонентов разделяемой смеси между двумя несмешивающимися растворителями - неподвижным и подвижным.
В жидкостной распределительной хроматографии неподвижным растворителем пропитывают сорбент и после внесения анализируемой смеси в колонку наливают растворитель - подвижную фазу. В силу различной растворимости компоненты смеси переходят из одного растворителя в другой с различной скоростью. Подвижный растворитель, двигаясь вдоль сорбента, вымывает отдельные компоненты смеси. В данном случае сорбент служит только в качестве носителя растворителя. Основное требование при распределительной хроматографии состоит в том, чтобы разделяемые компоненты достаточно хорошо растворялись в двух несмешивающихся растворителям. Скорость движения компонентов смеси в распределительной хроматографии характеризуется отношением их скорости к скорости движения подвижного растворителя.
По технике выполнения колоночная распределитетельная хроматография не отличается от адсорбционной.
Для разделения сложных смесей газов и паров широкое применение нашла газожидкостная распределительная хроматография. В данном случае в качестве подвитого растворителя применяют инертный газ, в качестве неподвижной фазы - нелетучие и устойчивые при температуре колонки высокомолекулярные органические соединения - вазелиновое масло, трикрезилфосфат, дибутилфталат, динонилфталат, силиконовые масла и др. Неподвижный растворитель наносят на твердый инертный носитель - диатомит, стекло, кизельгур путем непосредственного смешения с носителем или его эфирным раствором. Толщина жидкой пленки не должна превышать 10-3 мм. Сорбент помещают в. соответствующие хроматографические колонки, которые изготовляют в виде U -образных трубок или змеевиков разной длины - от 40 см до нескольких метров.
Эффективность разделения до известного предела пропорциональна длине колонки.
Разделение газовой смеси можно производить при постоянной и переменной температуре хроматографической колонки. Для наиболее эффективного разделения необходимо, чтобы температура колонки была близка к температуре кипения наиболее летучего компонента смеси.
Одной из разновидностей распределительной хроматографии является хроматография на бумаге. Распределительная бумажная хроматография основана также на различии в коэффициентах распределения компонентов смеси между двумя несмешивающимися жидкими фазами. При этом одна из фаз - органический растворитель - подвижная фаза просачивается по порам бумаги, другая фаза - неподвижный растворитель - вода адсорбируется бумагой.
Хроматографические методы, за исключением бумажной хроматографии, осуществляются в настоящее время на приборах, которые носят название хроматографов. Из отечественных хроматографов широкое распространение получили различные хроматографы марки «цвет». Чувствительность хроматографических методов с наиболее чувствительными детекторами достигает 10-10 %.
Полярографический метод
Полярографический метод анализа основан на измерении предельного тока диффузии, возникающего при электролизе раствора с помощью ртутных или других электродов.
Исследуемый раствор подвергается электролизу при непрерывно изменяющемся напряжении. При наличии в растворе ионов, способных восстанавливаться или окисляться при определенном потенциале, в момент их разряжения на электроде возникает определенная сила тока. Для измерения силы тока в электрическую систему включает чувствительный гальванометр.
При графическом изображении процесса электролиза, откладывая на оси абсцисс ЭДС, подаваемую для электролиза, а по оси ординат силу тока, возникающую при достижении потенциала восстановления или окисления вещества, получаем кривую зависимости силы тока от напряжения, или полярограмму. В момент выделения вещества сила тока возрастает, кривая круто поднимается вверх и при достижении предельного тока диффузии вновь, как и в случае отсутствия ионов в растворе, идет почти параллельно оси абсцисс. Подъем кривой между потенциалами выделения и достижения предельного тока называется полярографической волной. При одновременном присутствии в растворе нескольких ионов или молекул с различными потенциалами восстановления или окисления на подпрограмме получается несколько волн. При этом кривая имеет многоступенчатый вид. Местоположение каждой ступени волны, отвечающее потенциалу выделения того или иного иона или молекулы, характеризует качественный состав раствора, а высота полярографической волны определяет концентрацию вещества в растворе.
Таким образом, по полученной полярограмме можно установить качественный и количественный состав исследуемого раствора.
Осуществляется полярографический метод с помощью полярографов визуальных, регистрирующих полярограмму на фотопленку или самопишущих.
Спектроскопический метод
Эмиссионный спектральный метод основан на изучения химического состава вещества по спектру, излучаемому атомами элемента.
Излучение световой энергии происходит за счет изменения внутриатомной анергии, обусловленной взаимным расположением ядра атома и окружающих его электронов. Атомы обладают только определённым запасом внутренней энергии. При нормальном состоянии атома электроны его внешней оболочки находятся на орбите, расположенной ближе к ядру. Атом при этом обладает минимальной энергией и не излучает света. Если атому сообщить извне некоторую энергию, то электроны переходят на более удаленный от ядра энергетический уровень или совсем удаляются из поля действия ядра атома; в последнем случае атом переходит в положительно заряженный ион. Электрон на более удаленном от ядра энергетическом уровне находится в неустойчивом, возбужденном состоянии и по истечении некоторого времени порядка 10-8 секунды он самопроизвольно возвращается на нормальный или какой-либо промежуточный уровень. Освобождающийся при этом избыток энергии выделяется в виде лучистой энергии.
Энергия, необходимая для возбуждения атома, называется потенциалом возбуждения и измеряется в вольтах. Каждый элемент имеет свой потенциал возбуждения и потенциал ионизации. Переходу электрона из одного энергетического уровня на более низкий уровень соответствует одна спектральная линия определенной длины волны и частоты колебаний.
Так как одновременно излучают свет множество атомов одного и того же элемента, соответствующих переходу электронов на различные энергетические уровни, то получается спектр данного элемента. Спектральные линии, возникающие при переходе электрона на один и тот же энергетический уровень, составляют серию спектральных линий. Каждому атому в зависимости от его строения соответствуют характерные для него спектральные серии и спектральные линии. На этом свойстве атомов элемента основан качественный спектральный анализ.
В практике спектрального анализа применяют главным образом термическое возбуждение атома. Чтобы произвести возбуждение атома, необходима определенная температура - для некоторых элементов порядка от 2000° до 3000°, для других от 7000° до 10000°. В качестве источника возбуждения нашли применение пламя, электрическая дуга и различные виды высокочастотной искры: температура пламени около 2000°, температура дуги – от 4000° до 6000°, а температура искры -8000°.
В зависимости от применяемого источника возбуждения различают дуговой и искровой спектры. Дуговой спектр обусловлен излучением нейтральными атомами элемента, искровой - излучением ионизированными атомами.
Однако в большинстве случаев независимо от источника возбуждения в спектре имеются те и другие линии. Различие заключается лишь в большем количестве тех или иных линий и в большей их интенсивности.
По способу наблюдения спектра спектральные аппараты разделяются на спектроскопы, в которых спектр наблюдают визуально через окуляр, и спектрографы, в которых спектр регистрируют фотографически и фотоэлектрически.
Качественный спектральный анализ
Качественный спектральный анализ основан на установлении наличия характерных спектральных линий для данного исследуемого элемента путем точного определения длины волны этих линий. Спектры каждого элемента состоят из целого ряда линий, интенсивность которых эквивалентна содержанию данного элемента в пробе.
Для расшифровки спектральных линий анализируемого элемента в необходимо найти длину их волны. В практике для этой цели широко используют спектр железа, который фиксирует рядом с анализируемой пробой. Пользуясь известным спектром железа, устанавливают длину волны анализируемой спектральной линии, которая с уменьшением концентрации, исчезает последней (чувствительные линии). Далее при помощи таблицы спектральных линий устанавливают, каким элементам может принадлежать данная спектральная линия. Для окончательной расшифровки необходимо на спектрограмме отыскать несколько характерных линий для предполагаемого элемента, пользуясь таблицей чувствительных линий элементов.
Количественный спектральный анализ
В основе количественного спектрального анализа лежит зависимость между интенсивностью спектральных линий каждого элемента.
Абсолютная интенсивность спектральных линий зависит не только от концентрации, но и от ряда других факторов, зависящих, например, от условий возбуждения спектра. В связи с этим принято производить измерение не абсолютной интенсивности спектральных линий, относительной интенсивности двух линий, из которых одна является линией определенного элемента, а другая – линей элемента сравнения. Элемент сравнения, или внутренний стандарт, вводят в анализируемую пробу и стандартные эталоны в строго определенных количествах.
Измерение интенсивности линии можно производить, например, методом фотометрирования, то есть измерения интенсивности почернения спектральных линий.
Экспрессные методы
Методы определения вредных веществ в воздухе складываются из отбора пробы воздуха на производстве и ее анализа в лабораторных условиях одним или несколькими из вышеописанных методов. Это требует значительной затраты времени. В ряде случаев необходимо быстрое решение вопроса о степени загрязнения воздушной среды производственного помещения. С этой целью для определения содержания вредных веществ в воздухе разработаны экспрессные метода, позволяющие с достаточной точностью непосредственно в обследуемом производственном помещении определить их концентрацию.
В основе экспрессных методов в большинстве случаев лежат быстро протекающие цветные реакции. Для увеличения чувствительности метода применяют небольшие объемы поглотительной жидкости или твердые носители, пропитанные индикатором. При пользовании жидкими поглотительными растворами исследуемое вещество поглощают непосредственно в реактивный раствор до получения отчетливой реакции, реже реактивы вводят в поглотительный раствор после отбора пробы воздуха. В качестве твердых носителей применяют мелко-зернистый силикагель, фарфоровый порошок, а также фильтровальную бумагу. Определение проводят по заранее приготовленной серии окрашенных эталонов - колориметрический метод или по длине окрашенного столбика индикаторной трубки - линейно-колористический метод. Последний осуществляется с помощью универсального газового анализатора УГ-2.