Хроматография: Практикум

Ф Е Д Е РАЛ Ь Н О Е АГ Е Н С Т В О П О О БРАЗО В АН И Ю В О РО Н Е Ж С КИ Й Г О С У Д АРС Т В Е Н Н Ы Й У Н И В Е РС И Т Е Т

Х РО М А Т О Г РА Ф И Я П АКТ И КУ М по спец и альности 011000 (020101) «Хи ми я»

В О РО Н Е Ж –2005

2 У тверж д ено нау чно-метод и ческ и м советом хи ми ческ ого ф ак у льтета21.06.03, проток ол№ 8

С остави тели : МатвееваМ.В ., КарповС .И ., ХохловВ .Ю ., С елеменевВ .Ф .

В прак ти к у ме рассмотрены нек оторы е теорети ческ и е аспек ты газовой, вы сок оэ ф ф ек ти вной ж и д к остной, плоск остной, и онообменной хроматограф и и , к асаю щи еся основны х параметров у д ерж и вани я и э ф ф ек ти вности разд елени я к омпонентов анали зи ру емой смеси . О сновное вни мани е у д еляется опи сани ю вы полнени я лабораторны х работ, посвященны х рассмотрени ю при емов и метод ов и д енти ф и к ац и и , к ачественной расш и ф ровк е хроматограмм, анали ти ческ ому и ф и зи к о-хи ми ческ ому при менени ю хроматограф и и . П рак ти к у м под готовлен на к аф ед ре анали ти ческ ой хи ми и хи ми ческ ого ф ак у льтета В оронеж ск ого госу д арственного у ни верси тета. Рек оменд у ется д ля сту д ентов 3 к у рса д невного отд елени я хи ми ческ ого ф ак у льтета и составлен в соответстви и с программой спец к у рса «Хроматограф и я», чи таемого на к аф ед реанали ти ческ ой хи ми и .

3 Х ром атог раф и ч еск и й м етод анали за откры т ру сск и м ботани к ом М. С . Ц ветом в1903г. В первы х ж еработах с помощью э того метод а М. С . Ц вет у станови л, что счи тавш и йсяод нород ны м зелены й пи гмент растени й хлороф и лл на самом д еле состои т и з неск ольк и х веществ. П ри пропу ск ани и э к страк та зеленого ли ста через к олонк у , заполненну ю порош к ом мела, и промы вани и петролейны м э ф и ром он полу чи лнеск ольк о ок раш енны х зон, что с несомненностью говори ло о нали чи и в э к страк те неск ольк и х веществ. В послед стви и э то бы ло под тверж д ено д ру ги ми и сслед ователями . Э тот метод М.С .Ц вет назвал х рома т огра ф и е й (от греч. χρωµατο — ц вет и γραϕω − пи ш у ), хотя сам ж е у к азал на возмож ность разд елени я и бесц ветны х веществ. Заметное разви ти е хроматограф и ческ и х метод ов началось в 30-е год ы , к огд а возни к ла острая потребность в новом метод е разд елени я смесей и очи стк и веществ, разлагаю щи хся при нагревани и . Хроматограф и я прод олж ает бу рно разви ваться и в настоящее время является од ни м и з наи более перспек ти вны х метод ованали за. Хроматограф и я - разд елнау к и о при нц и пах и метод ах разд елени ясмесей веществвк онвек ти вном поток енапространственны езоны при взаи мод ействи и с сорбентом. К лассиф ик ац ия м етодов 1. П о агрегатному состояни ю ф аз. Г азов ая х ром ат ограф ия – под ви ж ная ф аза (П Ф ) является газом; газотверд оф азная(непод ви ж наяф аза(Н Ф ) - тверд оевещество), газож и д к остная хроматограф и я(непод ви ж наяф аза–ж и д к ость). Ж идкост ная х ром ат ограф ия – под ви ж ная ф аза - ж и д к ость; ж и д к остнотверд оф азная хроматограф и я (непод ви ж ная ф аза – тверд ы й сорбент), ж и д к остно-ж и д к остнаяхроматограф и я( непод ви ж наяф аза-ж и д к ость). 2. П о техни к евы полнени я. К олоночная , капил ля рная , планарная х ром ат ограф ия 3. П о механи зму сорбц и и . А дсорбционная –разли чи евад сорби ру емости веществнатверд ом сорбенте. Распределит ел ьная –разли чнаяраствори мостьвП Ф и Н Ф . Ионообм енная - разли чи я в э лек тростати ческ ом взаи мод ействи и и онов с и оногенны ми гру ппами сорбентов. Э кскл ю зионная –разли чи явразмерах и ф ормах молек у л. А ф инная - за счет спец и ф и ческ и х взаи мод ействи й нек оторы х би ологи ческ и ак ти вны х веществ. Осадочная –разли чи евраствори мости осад к овразд еляемы х веществ. А дсорбционно-ком пл ексообразов ат ел ьная –образовани е к оорд и нац и онны х соед и нени й разной у стойчи вости . 4. П о ц ели хроматограф и ровани я А нал ит ическая –провед ени ек ачественного и ли к оли чественного анали за. Препарат ив ная –д ляполу чени яи нд и ви д у альны х веществ. Пром ышл енная –к ак частьавтомати зи рованного проц ессапрои звод ства. 5. П о способам провед ени яхроматограф и ческ ого проц есса. Ф ронт ал ьная , в ыт еснит ел ьная , элю ент ная

4 Ф ронт а льна я х рома т огра ф и я Д ля провед ени я ф ронтальной хроматограф и и смесь веществ непреры вно ввод и тся в к олонк у и ли непреры вно под ается на бу магу и ли пласти нк у . Рассмотри м смесь веществ, к оторы е по прочности связи с сорбентом располагаю тся в ряд : А<Б<В . С начала и з к олонк и вы тек ает чи сты й раствори тель. Д алее след у ет раствор вещества с наи меньш ей прочностью связи с сорбентом (А), потом раствор А+Б, A+Б+В . Рис. 1. Ф ронт ал ьная х ром ат ограф ия В чи стом ви д е вы ход и т тольк о к омпонент А, затем вы ход ят остальны ек омпоненты , сод ерж ащи епри месьд ру г д ру га. В резу льтате чего ф ронтальная хроматограф и я не наш ла ш и рок ого при менени я. В ы т е с ни т е льна я х рома т огра ф и я Д ля провед ени я вы тесни тельной хроматограф и и нек оторое к оли чество смеси веществ (A, Б, В , Г ) ввод ят в к олонк у , азатем через неепод аю т раствор, сод ерж ащи й вещество с бол ьшей сорбционной способност ью , чем к омпоненты разд еляемой смеси (вещество Е ). П о мере того к ак анали зи ру емая смесь проход и т через к олонк у , к омпоненты смеси вы тесняю т д ру г д ру га и з непод ви ж ной ф азы в соответстви е с их Рис. 2. Выт еснит ельная х ром ат ограф ия срод ством к э той ф азе. В ф азе сорбента равновеси е вы теснени я у станавли вается многок ратно. В резу льтате к омпоненты э лю и ру ю тся и з к олонк и в послед овательности , соответству ю щей срод ству веществ к непод ви ж ной ф азе: первы м, к ак во ф ронтальной вы ход и т раствор веществас меньш и м срод ством - A, азатем Б, В , Г . В се к омпоненты вы ход ят и з к олонк и отд ельно. Э тот метод не позволяет полностью разд ели ть все к омпоненты . О ни вы тесняю тся в след у ю щей послед овательности A, A+Б, Б, Б+В , В , В +Г , Г , т.е. наряд у с чи сты ми к омпонентами вы ход ят смеси веществ, к оторы е необход и мо еще раз хроматограф и ровать.

5 В ы тесни тельная хроматограф и я и меет значени е преж д е всего к ак препарати вны й метод преи му щественно в масш табе пи лотны х у становок , од нак о онанепри год над ляанали ти ческ и х ц елей. Элю е нт на я (прояви т е льна я) х рома т огра ф и я Э тот метод наш елсамое ш и рок ое при менени е. С месь веществ A, B, C помещаю т в к олонк у , затем промы ваю т ли бо раствори телем, ли бо веществом с наим еньшей сорбционной способност ью . Э то вещество обы чно под би рается так , чтобы оно не д авало анали ти ческ ого си гнала. В резу льтате многок ратного у становлени я равновеси я меж д у под ви ж ной и непод ви ж ной ф азами к омпоненты A, Б, В мед ленно перемещаю тся по хроматограф и ческ ой си стеме. П ри э том требу ется относи тельно больш ого к оли чества э лю ента. О д нак о э ти м метод ом мож но э лю и ровать к аж д ы й к омпонент незави си мо от д ру ги х. Рис. 3. Э лю ент ная х ром ат ограф ия Х роматограф ическ ий пик и элюц ионные харак теристик и Хроматограмма –к ри вая, отображ аю щая зави си мость к онц ентрац и и вещества в поток е П Ф на вы ход е и з к олонк и , от времени с момента начала проц есса. (вы ход ная к ри вая). Ч аще пользу ю тся э лю ентны м (прояви тельны м) метод ом. В ы ход наяк ри вая пред ставляетсявф ормепи к а(д ляод ного вещества)

. tm - времяпрохож д ени янесорби ру емого к омпонента(мертвоевремя). tR –полное время у д ерж и вани я к омпонентов –э то время от момента ввод а пробы д о момента появлени я на вы ход е и з к олонк и мак си мальной к онц ентрац и и зоны соответству ю щего вещества. t′Ri= tRi –tm. (1) –и справленное(при вед енное) времяу д ерж и вани я.

6 Ш и ри на пи к а - W д ли на сегмента, образованного ну левой ли ни ей и д ву мя к асательны ми в точк ах переги ба пи к а – меж д у д ву мя точк ами пересечени я к асательны х вточк епереги бас ну левой ли ни ей. В ы сотой пи к асчи таю т ли бо вели чи ну h’ли бо h'. У д ерж и ваемы й объем VR пропорц и онален времени у д ерж и вани яtR : V

R

= t ω, R

(2)

гд еω - объемнаяск оростьП Ф , И справленны й (при вед енны й) у д ерж и ваемы й объем V′R , V′R= VR –Vm, (3) гд е Vm - и справленны й (при вед енны й) объем у д ерж и вани я, харак тери зу ю щи й у д ерж и ваемы й объем несорби ру ю щегосяк омпонента, и ли мертвы й объем. Ф ак тор у д ерж и вани я (и ли к оэ ф ф и ц и ент емк ости ) ki пред ставляет собой отнош ени е к оли честв к омпонента i в непод ви ж ной (mi,s) и под ви ж ной (mi,m) ф азах, к оторы й связан с харак тери сти к ами у д ерж и вани я (4) ki=tR’/tm П олнота разд елени я д ву х к омпонентов (1) и (2) к оли чественно мож ет бы ть вы раж ена к ри тери ем разд елени я RS:

RS =

2(t R' ( 2 ) − t ' R(1) ) (W1 + W2 )

=

∆t R' (W0,5(1) + W0,5( 2 ) )

(5)

гд е ∆t разностьи справленны х времен у д ерж и вани яразд еляемы х э лементов; W0,5 — полу ш и ри на хроматограф и ческ ого пи к а первого (1) и второго (2) к омпонентов на полови не вы соты . П ри RS: ≥1 разд елени е бы вает д остаточно полны м. Значени етех и ли и ны х э лю ц и онны х харак тери сти к меняется в зави си мости от ц ели анали за. В к ачественном анали зе основноевни мани еу д еляетсяопред елени ю харак тери сти к у д ерж и вани я и у странени ю и ск аж ени й э ти х вели чи н за счет второго к омпонента. В к оли чественном анали зеваж но, чтобы четк остьразд елени я обеспечи вала д остаточну ю точность опред елени я площад и и ли вы соты хроматограф и ческ ого пи к а. '

Т еории хром атограф ическ огоразделения О пи сани е д ви ж ени я к омпонентов разд еляемой смеси вд оль непод ви ж ной ф азы является основной зад ачей теори и хроматограф и и . И з анали ти ческ ой теори и хроматограф и и след у ет, что при д ли тельном провед ени и проц есса хроматограф и и , прои сход и т размы вани е анали ти ческ ого си гнала. Э то очень у слож няет проц есс опред елени я. И звестно неск ольк о теори й хроматограф и ческ ого проц есса. С ущественное значение имею т м етод теорети ч еск и х тарелок и к и нети ч еск ая теори я.

7 В метод е теорети ческ и х тарелок Марти на и С и нд ж а хроматограф и ческ ая к олонк а мы сленно д ели тся на ряд э лементарны х у частк ов — «тарелок » и пред полагается, что на к аж д ой тарелк е очень бы стро у станавли вается равновеси е меж д у сорбентом и под ви ж ной ф азой. Каж д ая новая порц и я П Ф вы зы вает смещени е э того равновеси я, вслед стви е чего часть вещества переноси тся на след у ю щу ю тарелк у , на к оторой, в свою очеред ь, у станавли вается новое равновесное распред елени е и прои сход и т перенос вещества на послед у ю щу ю тарелк у . В резу льтате э ти х проц ессов хроматограф и ру емое вещество распред еляется на неск ольк и х тарелк ах, при чем насред ни х тарелк ах его к онц ентрац и яок азы вается мак си мальной по сравнени ю с сосед ни ми тарелк ами . Э лю и рованная полоса и меет ф орму и ш и ри ну нормального распред елени я Г ау сса. Распред елени е вещества вд оль слоя сорбентапод чи няетсяу равнени ю

c = c max e

−

( x − x0 ) 2 2 LH

(6)

гд е х — расстояни е от начала к олонк и д о точк и , в к оторой к онц ентрац и яравна с; X0 — к оорд и ната ц ентра полосы ; Н — вы сота, э к ви валентная теорети ч еск ой тарелк е (В Э Т Т); L — д ли на слоя сорбента, на к оторой прои звед ено поглощени еи размещено N теорети ческ и х тарелок , при э том N = L/Н . t  N = R  σ 

(7) 2

(8)

и ли  t  t  R   R N = 5,54 = 16  W W  0,5    

2

  .  

(9)

Э ф ф ек ти вность к олонк и тем вы ш е, чем меньш е вы сота, э к ви валентная теорети ческ ой тарелк е, и больш е чи сло теорети ческ и х тарелок . Коли чественной мерой э ф ф ек ти вности слу ж и т В Э ТТ и N, к оторы е мож но рассчи тать и з хроматограмм. Теори я тарелок позволяет рассчи тать важ ны е к оли чественны е харак тери сти к и хроматограф и ческ ого проц есса. О д нак о теори я тарелок , основанная на д опу щени и сту пенчатого харак тера хроматограф и ческ ого проц есса, по су ществу ф ормальна, так к ак реальны й проц есс протек ает непреры вно. Значени е вы соты , э к ви валентной теорети ческ ой тарелк е, и чи сло тарелок являю тся харак тери сти к ами размы тости зон. Э ти вели чи ны сохраняю т свое значени е и в к и нети ческ ой теори и хроматограф и и у чи ты ваю щей ск орость ми грац и и вещества, д и ф ф у зи ю и д ру ги еф ак торы . К и нети ч еск ая теори я хроматографи и основное вни мани е у д еляет к и нети к е проц есса, связы вая вы соту , э к ви валентну ю теорети ческ ой тарелк е, с проц ессами д и ф ф у зи и , мед ленны м у становлени ем равновеси я и

8 неравномерностью проц есса. В ы сота, э к ви валентная теорети ческ ой тарелк е, связанасо ск оростью потокау равнени ем В ан- Д еем тера: H = A+

B + CU, U

(10)

гд еА , В и С — к онстанты ; U — ск оростьпод ви ж ной ф азы . Константа А связана с д ействи ем ви хревой д и ф ф у зи и , к оторая зави си т от размера части ц и плотности заполнени я к олонк и , вели чи на В связана с к оэ ф ф и ц и ентом д и ф ф у зи и молек у лв под ви ж ной ф азе, э то слагаемое у чи ты вает д ействи е прод ольной д и ф ф у зи и , а С харак тери зу ет к и нети к у проц есса сорбц и яд есорбц и я, массоперед ачу и д ру ги е э ф ф ек ты . П ервое слагаемое д ает постоянны й вк лад в Н . В к лад второго слагаемого су ществен при небольш ой ск орости поток а. С у вели чени ем ск орости под ви ж ной ф азы вли яни е третьего слагаемого возрастает, а д оля второго у меньш ается. С у ммарная к ри вая, харак тери зу ю щая зави си мость Н от ск орости поток а, пред ставляет собой ги перболу . П ри небольш ой ск орости поток а вы сота, э к ви валентная теорети ческ ой тарелк е, у меньш ается, а затем начи нает возрастать. П оск ольк у э ф ф ек ти вность к олонк и тем вы ш е, чем меньш е вы сота, э к ви валентная теорети ческ ой тарелк е, опти мальная ск орость под ви ж ной ф азы бу д ет равна ск орости , соответству ю щей точк е ми ни му ма э той к ри вой. Ки нети ческ ая теори я д ает основу д ляопти ми зац и и хроматограф и ческ ого проц есса. О сновные узлы приборов для хром атограф ическ ого анализа Н езави си мо от слож ности у стройства основны ми у злами хроматограф и ческ ой у становк и являю тся д озатор (си стема ввод а пробы ), хроматограф и ческ ая к олонк а и д етек тор. Кроме того, в у становк е и мею тся у стройства д ля под ачи П Ф , д ля преобразовани я и мпу льса д етек тора в соответству ю щи й си гнали нек оторы ед ру ги е. Д озатор пред назначен д ля точного к оли чественного отбора пробы и введ ени я ее в хроматограф и ческ у ю к олонк у . О д ни м и з основны х требовани й к д озатору является воспрои звод и мость размера пробы и постоянство у слови й ее введ ени я в к олонк у . Кроме того, введ ени е пробы не д олж но вы зы вать резк ого и зменени я у слови й работы к олонк и и д ру ги х у злов хроматограф и ческ ой у становк и , а вну тренняя поверхность д озатора не д олж на облад ать к атали ти ческ ой и ли ад сорбц и онной ак ти вностью по отнош ени ю к пробе. В хроматограф и ческ ой к олонк е прои сход и т разд елени е к омпонентов. К олонк и весьма разли чны по ф орме, размерам и к онстру к ц и онны м матери алам. П ри меняю тсяпрямы е, спи ральны еи д ру ги ек олонк и д ли ной от 1...2 м и менеед о неск ольк и х д есятк ов метров. В ну тренни й д и аметр к олонок составляет обы чно неск ольк о ми лли метров. В зави си мости от свойств анали зи ру емой си стемы в к ачестве к онстру к ц и онны х матери алов д ля к олонок чаще всего и спользу ю т сталь, лату нь, мед ь, стек ло и д р. Ад сорбент, наполняю щи й к олонк у , д олж ен облад ать ряд ом свойств: необход и мой селек ти вностью , д остаточной механи ческ ой прочностью , хи ми ческ ой и нертностью к к омпонентам смеси и бы тьд осту пны м. П рак ти ческ и

9 в к ачестве ад сорбентов и спользу ю тся ок си д алю ми ни я, си ли к агели , ак ти ви рованны е у гли , пори сты еполи меры наосновести рола, д и ви ни лбензолаи т. д . и си нтети ческ и е ц еоли ты . Ш и рок о и спользу ю т мод и ф и ц и рованны е ад сорбенты , к оторы е полу чаю т обработк ой и сход ны х ад сорбентов растворами к и слот, щелочей, неоргани ческ и х солей и т. д . Больш ое вли яни е на сорби ру емость газа ок азы вает температу ра, поэ тому хроматограф и ческ и е к олонк и , к ак прави ло, термостати ру ю тся, и спользу я обогрев ж и д к остью и ли парами к и пящей ж и д к ости , возд у ш ное термостати ровани е и ли к ак ой-ли бо д ру гой при ем. О бы чно термостати ровани е прои звод и тсяпри температу рах, значи тельно превы ш аю щи х к омнатны е, од нак о в нек оторы х слу чаях созд аю тся температу ры ни ж е 0°С при разд елени и ни зк ок и пящи х газов. В бу маж ной, тонк ослойной и нек оторы х д ру ги х ви д ах хроматограф и и ф у нк ц и ю к олонк и вы полняет хроматограф и ческ ая бу мага, тонк и й слой сорбентанапод лож к еи т. д . Д етек тор пред назначен д ля обнару ж ени я и зменени й в составе П Ф , прош ед ш его через к олонк у . П ок азани я д етек тора обы чно преобразу ю тся в э лек три ческ и й си гнал и перед аю тся ф и к си ру ю щему и ли запи сы ваю щему при бору , напри мер на ленту э лек тронного потенц и ометра. О сновны ми харак тери сти к ами д етек тора являю тся чу встви тельность, пред елы д етек ти ровани я, и нерц и онность и д и апазон ли нейной зави си мости меж д у к онц ентрац и ей и вели чи ной си гнала. Д етек торы под разд еляю тся на д и ф ф еренц и альны е, к оторы е отраж аю т мгновенное и зменени е к онц ентрац и и , и и нтегральны е, су мми ру ю щи е и зменени е к онц ентрац и и за нек оторы й отрезок времени . Г азовая хром атограф ия (Г Х ) Г азоваяхроматограф и я–метод разд елени ялету чи х соед и нени й. П од ви ж ной ф азой в газовой хроматограф и и является газ и ли пар. В зави си мости от состояни я непод ви ж ной ф азы газовая хроматограф и я под разд еляется на г азоад сорб ц и онну ю , к огд а непод ви ж ной ф азой является тверд ы й ад сорбент, и г азож и д к остну ю , к огд а непод ви ж ной ф азой является ж и д к ость, а точнее пленк аж и д к ости наповерхности части ц тверд ого сорбента. Г азохроматограф ическ и ми метод ами могу т бы ть проанали зи рованы газообразны е, ж ид к и е и тверд ы е вещества с молек улярной массой меньш е 400, уд овлетворяю щих опред еленны м требовани ям: летучесть, термостабильность, и нертность. Г азоваяхроматография–од и ни з самы х современны х метод овмногок омпонентного анали за. Е го преи му щества: э к спрессность, вы сокая точность, чувстви тельность, автомати зац и я. Метод ом Г Х провод ят к ачественны й и к оли чественны й анали з более под робнорассмотренны й вработе№ 1. Плоск остная (планарная) хром атограф ия (ПХ ) К плоск остны м относятся бум аж ная (БХ), в к оторой в к ачествесорбента и спользу ется спец и альная бу мага, т онкослойная х ром ат ограф ия (ТС Х), в к оторой проц ессы разд елени я смеси веществ осу ществляется в тонк и х слоях сорбента, нанесенного на и нертну ю тверд у ю под лож к у и ли в пленк ах пори стого поли мерного матери ала, атак ж еэлект рох ром ат ограф ия .

10 Б ум аж ная хром ат ограф ия и т онкослойная х ром ат ограф ия сход ны по техни к е вы полнени я анали за. В метод е БХ в к ачестве носи теля непод ви ж ной ф азы , напри мер вод ы , и спользу ю т ц еллю лозноеволок но бу маги , в метод еТС Х разли чны е сорбенты (ок си д алю ми ни я, си ли к агель, ц еллю лозу и д р.), нанесенну ю на пласти ну тонк и м слоем. В обои х метод ах и спользу ю т хроматограф и ческ и е си стемы : ж и д к ость – тверд ы й сорбент и ж и д к остьж и д к ость-тверд ы й сорбент. В к ачествепод ви ж ной ф азы и спользу ю т разли чны е раствори тели и ли и х смеси , органи ческ и еи неоргани ческ и ек и слоты П о способам хроматогаф и ровани я разли чаю т линейную , кругов ую и ант икругов ую Т С Х и БХ. Н аи более ш и рок о и спользу ется л инейный вари ант хроматограф и ровани я. В э том слу чае пробы наносят на стартову ю ли ни ю параллельно од ной и з сторон бу маги и ли пласти ны (см. работа № 4). П ослед ни е помещаю т верти к ально в хроматограф и ческ у ю к амеру , на д но к оторой нали т э лю ент, и провод ят в осх одя щ ую планарну ю хроматограф и ю (ри с. 4 а). Л и нейное разви ти е хроматограмм мож но осу ществлять и гори зонтально с под ачей э лю ента с од ной и ли с д ву х сторон (ри с. 4 б). Мож но так ж еи спользоватьнисх одя щ ую верти к альну ю Т С Х и БХ. В кругов ой П Х пробы наносят нанек отором расстояни и от ц ентрапласты по ок ру ж ности , аэ лю ент под аю т вц ентр (ри с. 4 в). В ант икругов ой П Х пробы наносят по ок ру ж ности по пери ф ери и пласти ны и э лю ент под аю т внаправлени и к ц ентру пласти ны (ри с. 4 г).

Ри с. 4. В ари анты хроматограф и ровани явП Х: а–ли нейноеверти к альное; б –ли нейноегори зонтальное; в–к ру говое; г –анти к ру говое. Кру гову ю и анти к ру гову ю П Х мож но реали зовать при и спользовани и Uк амеры и ли , к ак болеепростой способ вчаш к ах П етри . П ри нанесении проб на пласти ну д ля полу чени я воспрои звод и мы х резу льтатов необход и мо соблю д ать ряд требовани й. П ервоначально провод ят разметк у пласти ны , отмечая ли ни ю старта. С у щественны м является постоянство расстояни я ли ни и нанесени я проб от к рая и ли ц ентра пласти ны . (обы чно 1-2 см) и ли ни и погру ж ени япласти ны вэ лю ент (ок оло 0,5 см) вслу чае ли нейного вари анта хроматограф и ровани я. Ш и ри на стартовой зоны на пласти нед олж набы тьпо возмож ности ми ни мальной (2-3 мм). Д ля нанесени я проб и спользу ю т стек лянны е и ли плати ново-и ри д и евы е к апи лляры , ми к рош при ц ы , а так ж е спец и альны е д ози ру ю щи е у стройства. Разд еляемы е к омпоненты на пласти нк е и ли на бу маге образу ю т отд ельны е зоны . П ри провед ени и и д енти ф и к ац и и наи более просто э та проц ед у ра вы полняется при нали чи и собственной ок раск и у разд еляемы х веществ. И д енд и ф и к ац и я неок раш енны х соед и нени й мож ет провод и ться с при менени ем

11 спец и ф и ческ и х хи ми ческ и х реагентов и ли и нстру ментальны х метод ов. П осле ви зу али зац и и разд еленны х веществпровод ят обработк у хроматограмм. С орбц и онны е свойства си стемы в ТС Х харак тери зу ю тся от носит ел ьной скорост ью перем ещ ения (х ром ат ограф ическая подв иж ност ью ) Rf, к оторая рассчи ты ваетсяи з э к спери ментальны х д анны х по у равнени ю : Rf =

l L

(11)

гд е l— расстояни е от стартовой ли ни и д о ц ентра зоны : L— расстояни е, пройд енноезаэ то ж евремяраствори телем. Н аи более общи й под ход к к ачественному анали зу основан на значени ях R f . Хроматограф и ческ ая под ви ж ность является чу встви тельной харак тери сти к ой вещества, од нак о она су щественно зави си т от у слови й опред елени я. П оэ тому провод ят опы ты в строго ф и к си рованны х станд артны х у слови ях. Э то позволяет полу чать воспрои звод и мы е значени я R f , к оторы е мож но и спользовать в анали ти ческ и х ц елях при сравнени и с табли чны ми , если они полу чены в тех ж еу слови ях опы та. С амы м над еж ны м является метод сви д етелей, к огд а на стартову ю ли ни ю ряд ом с пробой наносятся и нд и ви д у альны е вещества, соответству ю щи е пред полагаемы м к омпонентам смеси . В ли яни е разли чны х ф ак торов на все вещества бу д ет од и нак овы м, поэ тому совпад ени е R f к омпонента пробы и од ного и з сви д етелей д ает основани я д ля отож д ествлени я веществ с у четом возмож ны х налож ени й. Н есовпад ени е R f и нтерпрети ру етсяболееод нозначно: оно у к азы вает наотсу тстви евпробесоответству ю щего к омпонента. К ак и в д ру ги х вари антах хроматограф и и э ф ф ек ти вность разд елени я в ТС Х опред еляется чи слом теорети ческ и х тарелок (N) и вы сотой, э к ви валентной теорети ческ ой тарелк е В Э Т Т (H), к оторы е могу т бы ть рассчи таны по у равнени ям:   , (12а) 

L w2 H= = N 16 R f L ,

(12б)

2

линия финиша элюента

w2 ∆ X

L w1 l

линия старта

Ри с.5. О пред елени еRf и Rs хроматограф и чек и х зон напласти не Т С Х и ли бу маге

2

 LR f l  N = 16 I  = 16  w  w

гд е w – ш и ри на зоны в направлени и д ви ж ени я э лю ента. В ели чи на H харак тери зу ет размы ти е хроматограф и ческ ой зоны , N э ф ф ек ти вность хроматограф и ческ ой пласти ны . Разреш ени е RS способность) хроматограф и ческ и х

(разреш аю щая д ву х зон

12 опред еляется расстояни ем меж д у и х ц ентрами (ΔХ), отнесённы м к сред неари ф мети ческ ому и х ш и ри ны (w1) и (w2) (ри с.5).

RS =

2∆X w1 + w2

(13)

К оличест в енные определения в Т С Х и БХ могу т бы ть сд еланы и ли непосред ственно напласти нк е, и ли после у д алени я вещества с пласти нк и . П ри непосред ственном опред елени и напласти нк еи ли бу магеи змеряю т тем и ли и ны м метод ом площад ь пятна (напри мер, с помощью ми лли метровой к альк и ) и по заранеепостроенному град у и ровочному граф и к у наход ят к оли чество вещества. П ри меняю т так ж е прямое спек троф ометри ровани е пласти нк и с помощью ф отод енси тометров. Д ля к оли чественны х расчетов так ж е пред вари тельно строят град у и ровочны й граф и к , и спользу я опти ческ у ю плотность в ц ентре пятна. Н аи более точны м счи тается метод , в к отором вещество после разд елени я у д аляется с пласти нк и и анали зи ру ется спек троф отометри ческ и м и ли и ны м метод ом. У д алени е вещества с пласти нк и обы чно прои звод ят механи ческ и м пу тем, хотяи ногд апри меняю т вы мы вани епод ход ящи м раствори телем. И онообм енная хром атограф ия Ионообм енная хром ат ограф ия – вари ант ж и д к остной хроматограф и и , основанны й на обрати мом стехи ометри ческ ом обмене и онов, наход ящи хся в растворе, наи оны , вход ящи евсостави онообменни к а. Ионит ы - тверд ы е, прак ти ческ и не раствори мы е в вод е и органи ческ и х раствори телях вещества, сод ерж ащи евсвоем составеф у нк ц и ональны егру ппы , и оны к оторы х способны обмени ваться на и оны , наход ящи еся в растворе. И они ты и мею т стру к ту ру в ви д е к арк аса, "сш и того" обы чно к овалентны ми связями . К арк ас (матри ц а) обу словли вает нераствори мость и они та в раствори телях и и меет полож и тельны й и ли отри ц ательны й заряд , к оторы й ск омпенси рован проти вополож ны м заряд ом под ви ж ны х и онов. И они ты к ласси ф и ц и ру ю т по прои схож д ени ю на природные и синт ет ические: по составу - нанеорганические и органические; по знак у заряд а обмени ваю щи хсяи онов - накат ионит ы, анионит ы и ам ф олит ы (послед ни ев зави си мости от у слови й могу т обмени ватьсяк ак к ати онами , так и ани онами ). Ш и рок ое распространени е полу чи ли си нтети ческ и е и они ты на основе органи ческ и х смол - ионообм енные см ол ы. О ни облад аю т хорош ей способностью поглощать и оны и вы сок ой хи ми ческ ой у стойчи востью . И они т, сод ерж ащи й ф у нк ц и ональны е гру ппы разного ти па, назы вается поли ф у нк ц и ональны м. К ати они т и ли ани они т, сод ерж ащи й од и н ти п ф у нк ц и ональны х гру пп, назы вается моноф у нк ц и ональны м. П оли ф у нк ц и ональны е ани они ты чаще всего харак тери зу ю тся нали чи ем ами ногру пп с разли чной степенью замещени я. П ри су льф и ровани и поли мерной матри ц ы R’, си нтези рованной пу тем поли мери зац и и , полу чаю т к ати они ты R’-SO3H, в к оторы х су льф огру ппа -SO3H

13 назы вается ф у нк ц и ональной гру ппой и они та. П ри э том су льф огру ппа проявляет свойства си льной к и слоты . П ротон ф у нк ц и ональной гру ппы способен обмени ваться на разли чны е к ати оны металлов и ли органи ческ и х веществ. Д ля простоты в э том слу чае и онообменни к обозначается RH, гд е R – матри ц а и онообменни к а с ф у нк ц и ональной гру ппой. В резу льтате обмена по реак ц и и R-H++K+= R-K++H+ и он вод ород а Н + обмени вается на и он к ати она К +. П ри э том сохраняется э лек тронейтральность и онообменни к а. И оны вод ород а и к ати оны , у частву ю щи ев и онном обмененазы ваю т прот ив оионам и. Д и ф ф у нд и ру ю щи ев сорбц и онной си стемеи оны проти воролож ного заряд а(напри мер Cl-) назы ваю т коионам и. П ослед ни енеу частву ю т ви онном обмене. И они тны есмолы и мею т след у ю щи езначени ябу к венны х обозначени й: КУ - "к ати они т у ни версальны й" - си льнок и слотны есу льф ок ати они ты ; КБ - "к ати они т бу ф ерны й"- слабок и слотны ек арбок си льны ек ати они ты ; КФ - "к ати они т ф осф и новок и слы й"; АВ - "aни они т вы сок оосновной" т.е. си льноосновной ани они т; АН - "ани они т ни зк оосновной", т.е. слабоосновной ани они т. Ц и ф ра, стоящая после э ти х бу к в, является поряд к овы м номером разработанной марк и , внед ренной д ля промы ш ленного прои звод ства. И ногд а отмечаю т сод ерж ани е сш и ваю щего агента (мости к ообразователя) в смоле, харак тери зу ю щего плотностьстру к ту ры и набу хани езерна: обозначени еК У -28 (8 расш и ф ровы вается так - к ати они т КУ -2, сод ерж ащи й 8% д и ви ни лбензола; Д ля ряд а и они товы х смол росси йск ого прои звод ства при нята си стема обозначени й, у к азы ваю щая сы рьеву ю основу си нтеза, к ак напри мер: ММГ мелами н, мочеви на, гу ани д и н; С Д В - сти рол, д и ви ни лбензол; Э Д Э э ти ленд и ами н, э пи хлорги д ри н; П Ф С К - параф енолсу льф ок и слотаи т.п. К основны м свойствам и они тов, опред еляю щи х и х к ачество к ак сорбентов, относятся емк ость, к и слотно-основны е свойства, селек ти вность, набу хаемость, хи ми ческ аястойк ость, механи ческ аяпрочность. В аж нейш ей харак тери сти к ой и они та является обменная емк ость, опред еляемая в первом при бли ж ени и чи слом ф у нк ц и ональны х гру пп к арк асаи степенью и х и они зац и и при д анном рН раствора. В анали ти ческ ой хи ми и обменну ю емк ость относят к ед и ни ц е массы и ли объема и они та и обы чно вы раж аю т в ми лли э к ви валентах и ли ми лли молях на 1 г су хого и ли на 1 мл набу хш его и онообменни к авН + - и Cl- - ф ормеи ли О Н - - ф орме. Ки слотно-основны е свойства и они тов, к ак и раствори мы х э лек троли тов, харак тери зу ю тся к онстантой к и слотно-основного равновеси я (к онстантой д и ссоц и ац и и ). В зави си мости от вели чи ны к онстанты д и ссоц и ац и и разли чаю т след у ю щи егру ппы и они тов: - си льнок и слотны е к ати они ты КУ -1, КУ -2, С Д В и д р. Э ти к ати они ты способны к обмену в к и слой, нейтральной и щелочной сред ах (R - матри ц а и они та);

14 - слабок и слотны е к ати они ты (КБ-4, КБ-2 и д ру ги е), сод ерж ащи е слабод и ссоц и и ру ю щи е к и слотны е гру ппы R-COOH, R-SH, R-OH. С пособны к обмену вщелочны х и слабок и слы х сред ах; - вы сок оосновны е ани они ты , сод ерж ащи е ф у нк ц и ональны е четверти чны е алк и ламмони евы е гру ппы : R-[N(CH3)3]+OH- и ли R-[N(CH3)2C2H4]+OH- и ани они ты с пи ри д и ни евы ми гру ппами R-[C5H4N(CH3)]+OH-. И х рабочи й д и апазон охваты вает всю обы чну ю к и слотну ю область и почти всю щелочну ю рН от 0 д о 12-14). К э той гру ппеотносятсяАВ -17, АВ -18 и д р.; - ни зк оосновны еани они ты с ф у нк ц и ональны ми ами но- и ли ами ногру ппами NH2(АН -10, АН -15); -NH(АН -17); N(АН -18) и обы чны м рабочи м д и апазоном (рН < 8-9) вк и слой и слабощелочной сред е; - амф отерны е и они ты , сод ерж ащи е в своей стру к ту ре од новременно к и слотны е и основны е и оногенны е гру ппы . О бласть к ати оонообменной и ани онообменной сорбц и и у ж е, чем д ля обы чны х, неамф отерны х и они тов с так и ми ж егру ппами . И спользу ю тсяАН КБ-1 и АН КБ-2. С лабок и слотны е и слабоосновны е и они ты при насы щени и первы х к ати онами , а вторы х - ани онами к и слот облад аю т свойствами , во многи х отнош ени ях под обны ми свойствам солей слабы х к и слот и ли основани й: напри мер, они легк о ги д роли зу ю тся. Харак терное свойство и они тов - набух аем ост ь при к онтак те су хого и они та с раствором. О сновная при чи на набу хани я и они тов в вод е связана с нали чи ем ги д роф и льны х ф у нк ц и ональны х гру пп. Н абу хани ю способству ю т так ж е больш ая обменная емк ость, ги д ратац и я проти вои нов и разбавлени е раствора. И онообменны е матери алы харак тери зу ю тся разли чной селек ти вность по отнош ени ю к проти вои онам. П роти вои оны связанны е к у лоновск и ми си лами при тяж ени як ф у нк ц и ональны м гру ппам э к рани ру ю т и х заряд . Э то при тяж ени е зави си т от при род ы проти вои она, размеров, заряд а, ф ормы и плотности э лек тронны х оболочек . О д ни и оны при равенстве к онц ентрац и й могу т замещать в и онообменни к е д ру ги е. Д ля и онообменни к ов су ществу ю т ряд ы селек ти вности , знани е к оторы х полезно при вы боре си стем э лю и ровани я.. И з и онов од и нак ового заряд а мак си мальну ю и онообменну ю способность проявляю т те и оны , рад и у с к оторы х в сольвати рованном состояни и меньш е, т.е. чем меньш ерад и у с сольвати рованного и она, тем больш еад сорбц и я: Li+ < Na+ < K+ < Rb+ < Cs+ Cl- < Br- < NO3- I- < CNS-

Ад сорбц и онная способностьи онов зави си т так ж еот вели чи ны и х заряд а. Ч ем больш езаряд и она, тем си льнееон проявляет ад сорбц и онну ю способность и по возрастаю щей способности ад сорби роваться и оны располагаю тся в след у ю щи й ряд . K+ < Ca2+ < Al3+ << Th4+

15 В заи мод ействи е и онообменной смолы с раствором э лек троли та вк лю чает неск ольк о слож ны х проц ессов, наи более важ ны ми и з к оторы х являю тся собственно и онны й обмен, абсорбц и я и онов и молек у л на смоле и набу хани е смолы за счет поглощени я раствори теля и прони к новени я э лек троли та вну трь смолы . П роц есс собственно и онного обмена обрати м и протек ает стехи ометри ческ и . Е сли , напри мер, к ати они т в вод ород ной ф орме RH ввести в раствор, сод ерж ащи й и оны С а2+, вси стемеу станови тсяравновеси е: 2RН +Ca2+ = R2С а + 2H+ т.е. в растворепоявятся и оны вод ород а, аэ к ви валентноек оли чество и оновС а2+ бу д ет поглощено к ати они том. У равнени еи онного обмена вобщем ви д енеред к о запи сы ваю т к ак zH + + Me z + = Me

z+

+ zH + ,

гд егори зонтальнаячертапок азы вает при над леж ностьи онак ф азеи они та, z – заряд и она. Аналоги чны й проц есс обмена и меет место при взаи мод ействи и раствора, сод ерж ащего, напри мер, хлори д , с ани они том ROH: ROH + Cl— = RCl + OH— Равновеси е в и онообменой си стеме харак тери зу ется конст ант ой ионного обм ена:

K = 0

a Hz + a R2Me z , a Me z + a RH

(14)

гд еа — ак ти вности и оноввраствореи ф азеи онообменни к а. В о многи х слу чаях при опи сани и и онообменны х равновеси й ок азы ваю тся д остаточны ми коэф ф ициент ы рав нов есия (и ли к онц ентрац и онны е к онстанты равновеси я–вранееи спользу емой терми нологи и ): K H + / Me z +

[H ] [Me ]. = [Me ][H ] + z

z+

z+

+ z

(15)

Распред елени е к аж д ого и она меж д у смолой охарактеризоватькоэф ф ициент ом распредел ения D i :

[Me ] = [Me ] z+

[Cl ] . =

раствором мож но

−

z+

D Me z +

и

и ли

DCl −

[Cl ] −

(16)

Конц ентрац и яи онавраствореобы чно вы раж аетсявмоль/л, авф азеи они та— молярны ми д олями (ммоль/г и ли ммоль/мли они та) Коэ ф ф и ц и ент равновеси я связан с к оэ ф ф и ц и ентом распред елени я соотнош ени ем:

K H + / Me z + =

DMe z + DHz +

.

(17)

16 Работа№ 1 О П РЕ Д Е Л Е Н И Е С О Д Е РЖ АН И Я С П И РТ О В МЕ Т О Д О М Г Ж Х Ц ель работы : при обретени е навы к ов работы на газовом хроматограф е, овлад ени е способами к ачественной и к оли чественной обработк и полу ченны х хроматограмм. Зад ачи : 1. П олу чи ть хроматограмму смеси спи ртов и провести к ачественны й анали з хроматограмм по параметрам у д ерж и вани я и относи тельному си гналу д етек торас и спользовани ем станд артны х соед и нени й. 2. П ровести к оли чественны й анали з смеси спи ртов и сход я и з полу ченной хроматограммы метод ом вну тренней нормали зац и и . П ри боры и матери алы : 1. Г азовы й хроматограф лю бой марк и с д етек тором по теплопровод ности (к атарометром) и ли с пламенно-и они зац и онны м д етек тором (Д И П ). 2. К олонк а д ли ной 3 м, д и аметром 3 мм, заполненная поли э ти ленгли к ольад и пи натом на д и атоми товом к и рпи че в к оли честве 15% от массы носи теля(1,5г). 3. Хроматограф и ческ и еми к рош при ц ы на1 и 10 мк л. 4. И сслед у емаясмесьи з 3-5 спи ртов. 5. С танд арты и нд и ви д у альны х спи ртов: э ти лового, и зопропи лового, пропи лового, и зобу ти лового, бу ти лового. 6. С ек у нд омер, ли нейк а, к аранд аш . В Ы П О Л Н Е Н И Е РАБО Т Ы 1. Знаком ст в ос уст ройст в ом газов огох ром ат ограф а. Г азовы й хроматограф – э то при бор, позволяю щи й провод и ть анали з слож ны х многок омпонентны х смесей веществс ц елью опред елени яи х состава. Блок -схемахроматограф апри вед енанари су нк е1.

Рис. 1. Т - термостати ру емы е зоны . 1. С и стемапод ачи газа-носи теля (под ви ж ная ф аза). Ч ащевсего э то газовы й баллон с и нертны м газом –гели ем, аргоном, азотом. 2. Д озатор-си стема ввод а пробы . П ред ставляет собой термостати рованны й и спари тель, в к оторы й ми к рош при ц ем, ш при ц ем и ли д ру ги м к али брованны м у стройством ввод и тся зад анны й точны й объем и сслед у емой смеси . Ж и д к и е вещества, и спаряясь, переход ят в газообразну ю ф азу , захваты ваю тся поток ом газа-носи теляи посту паю т вк олонк у (3). 3. Хроматограф и ческ ая к олонк а – стек лянная и ли металли ческ ая тру бк а д и аметром от 2 д о 4 мм и д ли нной от 0,5 д о 10 м, заполненная сорбентом. В

17 к олонк е прои сход и т разд елени е к омпонентов смеси . П оск ольк у на сорби ру емость веществ очень си льно вли яет температу ра –к олонк и термостати ру ю т. 4. Д етек тор –у стройство, пред назначенное д ля обнару ж ени я и зменени й в составе газа, прош ед ш его через к олонк у . П ок азани я д етек тора обы чно преобразу ю тся в э лек три ческ и й си гнал и перед аю тся на реги стри ру ю щее у стройство. Н аи более часто при меняю т д етек тор по теплопровод ности (к атарометр) и пламенно-и они зац и онны й д етек тор (Д И П ). Д ля полу чени я стаби льны х резу льтатовд етек тортермостати ру ю т. 5. Реги стратор –при бор, ф и к си ру ю щи й и ли запи сы ваю щи й э лек три ческ и й си гнал, посту пи вш и й с д етек тора. Ч аще всего в к ачестве реги стратора при меняю т самопи сец и ли и нтегратор, в современны х мод и ф и к ац и ях при боров–Э В М. 2. Пол учение хром ат ограм м см еси спирт ов . Анали з смеси спи ртов в работе провод ят, и спользу я хроматограф марк и Л ХМ и ли «С hrom» с д етек тором по теплопровод ности и ли с пламеннои они зац и онны м д етек тором. В к лю чаю т при бор согласно и нстру к ц и и . П осле у становлени я температу ры к олонк и 80О С , стаби льной ну левой ли ни и на хроматограмме в и спари тель газового хроматограф а ввод ят ми к рош при ц ем анали зи ру ему ю пробу . О бъем пробы д ля и нд и ви д у альны х спи ртов - 1.0 мк л, д ля анали зи ру емой смеси – 5 мк л, если в к ачестве д етек тора и спользу ется к атарометр. В слу чаеД И П объемы пробы соответственно 0,1 и 0,5 мк л. Вним ание! С ми к рош при ц ем необход и мо обращаться береж но. П еред к аж д ы м д ози ровани ем анали зи ру емого образц а ми к рош при ц неск ольк о раз промы ваю т э ти м веществом. В вод пробы осу ществляю т, прок алы ваяэ ласти чну ю прок лад к у и спари теляи опу ск ая и глу д о у пора вни з. О д новременно с бы стры м опу ск ани ем ш ту ц ера ми к рош при ц а отмечаю т момент ввод а пробы и вк лю чаю т сек у нд омер. П ри хроматограф и ровани и на хроматограмме тщательно ф и к си ру ю т время у д ерж и вани я (tR). В ремя отмечаю т в момент нахож д ени я пера самопи сц а в к райнем верхнем полож ени и пи к а. Е сли пи к не у мещается на д и аграммной ленте –и зменяю т д и апазон запи си на более гру бы й, д елая соответству ю щу ю отметк у налентесамопи сц а. П ри вы бранны х у слови ях запи сы ваю т неменеетрех хроматограмм к аж д ого и з спи ртови анали зи ру емой смеси . 3.К ачест в енный анал из х ром ат ограм м . И д енти ф и к ац и яи нд и ви д у альны х спи ртоввсмеси . Н аи более просты ми и чаще и спользу емы ми на прак ти к е являю тся д ва способаи д енти ф и к ац и и : 1. и д енти ф и к ац и я пу тем сравнени я параметров у д ерж и вани я (tR) к омпонентовсмеси и станд артны х образц ови нд и ви д у альны х к омпонентов; 2. и д енти ф и к ац и яметод ом д обавок . 1) П ри и д енти ф и к ац и и первы м способом запи сы ваю т хроматограмму анали зи ру емой смеси веществ и д альш е в тех ж е у слови ях хроматограммы к аж д ого и з пред полагаемы х к омпонентовсмеси .

18 В д анной работе, после полу ченной хроматограммы смеси спи ртов, запи сы ваю т отд ельно хроматограммы э ти лового, и зопропи лового, пропи лового, и зобу ти лового, бу ти лового спи ртов. Д ля полу чени я э ти х хроматограмм в и спари тель хроматограф а ми к рош при ц ем ввод ят по 1,0 мк л э танола, и зопропанолаи пропанола, и по 3,0 мк ли зобу танолаи бу танола. В сего д олж ны полу чи ть 5 хроматограмм, на к аж д ой и з к оторы х бу д ет по од ному пи к у , соответству ю щему введ енному спи рту . П ри полу чени и хроматограмм очень тщательно ф и к си ру ю т время у д ерж и вани я соответству ю щего спи рта(tR). С овпад ени е времени у д ерж и вани я (tR.) и нд и ви д у ального спи рта на его хроматограмме с временем у д ерж и вани я од ного и з пи к ов на хроматограмме смеси у к азы вает на то, что и менно э тот пи к при над леж и т д анному веществу . Т ак и м образом и д енти ф и ц и ру ю т всепи к и нахроматограммесмеси спи ртов. П ри бли зи тельны й ви д хроматограммы пред ставлен нари с.2 2 I

I

A

3 4 5

1

tR2

tm

В р емя у д ер ж и в а ни я t, ми н

tR

t

В р ем я у д ер ж и в а ни я t, м и н

Рис.2.Общ ий в ид х ром ат ограм м , пол ученных при пров едении идент иф икации ком понент ов м ет одом срав нения в рем ени удерж ив ания ком понент ов : а) х ром ат ограм м а иссл едуем ой см еси; б) х ром ат ограм м а ст андарт ного образца предполагаем огоком понент а см еси. Д анны езаносят втабли ц у .

С пи рт

tR д ля tR на и нд и ви д у ального хроматограмме. вещества, ми н смеси , ми н

№ пи к ана хроматограмме смеси

Э ти ловы й И зопропи ловы й и т.д . 2) И д енти ф и к ац и яметод ом д обавок . П ри провед ени и к ачественного анали за э ти м способом после хроматограф и ровани я смеси опред еляемы х веществ запи сы ваю т в тех ж е у слови ях втору ю хроматограмму с д обавк ой од ного и з пред полагаемы х к омпонентов. Д ля э того в ми к рош при ц наби раю т 5.0 мк л смеси спи ртов и 1,0 мк л од ного и з и нд и ви д у альны х спи ртов, т.е. объем ввод и мой в хроматограф смеси состави т 6 мк л. Н аполу ченны х хроматограммах вы ясняю т вы сотак ак ого пи к а

19 станови тся вы ш е, чем на хроматограмме смеси . П ровод ят сопоставлени е хроматограмм смеси д о и после при бавлени я и нд и ви д у ального к омпонента. У вели чени е вы соты од ного и з пи к ов на хроматограмме смеси с д обавк ой сви д етельству ет о при над леж ности его тому спи рту , к оторы й вы сту пал в к ачествед обавк и . Т ак и м образом хроматограф и ру ю т смесь спи ртовс д обавк ой всех к омпонентови д елаю т зак лю чени ео составе смеси П ри мерны й ви д хроматограммы пред ставлен нари с. 3. 15

3

10

4

5

1

15

4

10

5

1

5

2 15

4

1 5 0

0

0 3 6 9 12 15 В р ем я у д ер ж и в а ни я t, ми н

3

10

0

0

5

20

2

в ы сота h, см

в ы сота h, см

в ы сота h, см

2

5

3

20

20

3 6 9 12 15 В р емя у д ер ж и в а ни я t, ми н

0 3 6 9 12 15 В р ем я у д ер ж и в а ни я t, м и н

С и гна л д етек тор а

Рис.3. Общ ий в ид х ром ат ограм м , пол учаем ых при пров едении идент иф икации ком понент ов м ет одом добав ок: а) х ром ат ограм м а иссл едуем ой см еси; б) х ром ат ограм м а см еси с добав кой ком понент а 3; в ) х ром ат ограм м а см еси с добав кой ком понент а 5. П ровед яи д енти ф и к ац и ю всех спи ртоввсмеси и у станови врасполож ени е и х пи к овнахроматограмме, переход ят к к оли чественной обработк е хроматограммы . 4.К ол ичест в енная обработ ка х ром ат ограм м . В д анной работе на хроматограмме заф и к си рованы все к омпоненты , при су тству ю щи е в анали зи ру емой пробе, и д ля анали за мож ет бы ть при менен наи более простой метод к оли чественного хроматограф и ческ ого анали за- метод вну тренней нормали зац и и . О сновны ми к оли чественны ми параметрами хроматограммы являю тся площад ьпи к аS и ли вы сотаh. Метод вну тренней нормали зац и и зак лю чаетсявотнесени и и змеренного к оли чественного параметра хроматограф и ческ ого пи к а (Si, hi) к су ммарны м к оли чественны м параметрам всех к омпонентовпробы (Σ S, Σ h). П еред провед ени ем и змерени й просты м к аранд аш ом по ли нейк е провод ят в основани и пи к а к асательну ю ли ни ю , соед и няю щу ю восход ящу ю и ни сход ящу ю ветвьпи к а(АС ) нари с. 4. 16 B

14 12

W 0,5

10 8

F

6 4

G

O

h

W

2

D

A

C

0 0

3

6

9

12 tR, ми н

Рис.4.

20 С од ерж ани ек омпонентовванали зи ру емой смеси Ci наход ят по ф орму ле: P С i (%) = n i 100 , (1) ∑ Pi i =1

гд еPi –вы сотаи ли площад ьпи к а П ри провед ени и расчетовсод ерж ани яспи ртоввсмеси э ти м способом необход и мо опред ели тьплощад ьпи к а(Si) к аж д ого и з к омпонентовна хроматограммепо ф орму ле:

S i = W0.5 hi ,

(2)

гд еhi –вы сотапи к а, см; W0.5 –ш и ри напи к анаполу вы соте, см В ы соту пи к а (h) провод ят и и змеряю т к ак перпенд и к у ляр, опу щенной и з верш и ны пи к а к направляю щей на д и аграммной ленте д о пересечени я с к асательной в основани и пи к а (В D) на ри с. 4 (h=В D). Н аход ят точк у О на перпенд и к у ляре В D, на полови не вы соты ; и змеряю т ш и ри ну пи к а на полови не вы соты (W0.5), и спользу ялу пу с д елени ями : W0.5=FG. Т ак и м образом, наход ят вели чи ны W0.5 и h д ля всех пи к ов на хроматограмме смеси . Рассчи ты ваю т площад и по ф орму ле (2) и опред еляю т сод ерж ани е спи ртоввсмеси по ф орму ле(1)

С i (%) =

Si

⋅ 100

n

∑S i =1

i

Резу льтаты у д обно оф орми тьвви д етабли ц ы : Компонент В ы сота Ш и ри на пи к а наП лощад ь хроматогра- полови не хроматограф и ческ ого вы соты , ф и ческ ого пи к а. S, см2 пи к а, h, см W0.5, см

С од ерж ани е к омпонента всмеси ,%

Э ти ловы й спи рт И зопропи ловы й спи рт И т. д . П ровед я расчеты , сравни ваю т полу ченны е д анны е с и сти нны ми . Рассчи ты ваю т относи тельну ю ош и бк у опред елени я:

D (%) =

µ − Ci µ ,

гд еμ- и сти нноесод ерж ани ек омпонентавпробе.

21 Работа№ 2. О П РЕ Д Е Л Е Н И Е С О Д Е РЖ АН И Я С У Л Ь Ф АТ А Н АТ РИ Я Ц ель работы . О пред елени е общей солевой к онц ентрац и и с помощью и онообменны х сорбентов. Зад ачи . О пред ели тьсод ерж ани есу льф атанатри яванали зи ру емом растворе метод ом к и слотно-основного ти тровани яс при менени ем и онного обмена. С у щность работы . Метод ом к и слотно-основного ти тровани я опред ели ть сод ерж ани е су льф ата натри я нельзя. Ч тобы э то стало возмож ны м, при меняю т и онообменны е смолы . Ч ерез слой КУ -2 в вод ород ной ф орме (RH), АВ -17 в ги д рок си льной ф орме (ROH) пропу ск аю т анали зи ру емы й раствор су льф ата натри я. П ри э том прои сход и т реак ц и я обмена меж д у раствором и и онообменни к ом. Н ак ати они те: 2RH + Na2SO4= 2RNa + H2SO4 Н аани они те: 2ROH + Na2SO4 = R2SO4 + 2NaOH О бразовавш у ю ся в резу льтате реак ц и и к и слоту и ли щелочь в к оли честве, э к ви валентном взятой соли , отти тровы ваю т соответству ю щи м станд артны м раствором с и нд и к атором мети ловы м оранж евы м и ли ф енолф талеи ном. Матери алы , обору д овани еи реак ти вы . 1. Колонк а с к ати они том КУ -2 (в Н -ф орме) и ли ани они том АВ -17 (в О Н ф орме); В ы сотаслояи они та~ 20 см, д и аметрк олонк и ~ 1,0 см. 2. РастворNa2SО 4 с к онц ентрац и ей 0,2500 моль/л. 3. Мерны ек олбы емк остью 100,0 и 200,0 мл. 4. Кони ческ и ек олбы д ляти тровани яемк остью 100 мл. 5. И нд и к аторы : мети леновы й оранж евы й и ли ф енолф талеи н. 6. П и петк и емк остью 10,00 и 20,00 мл. 7. С танд артны й растворHCl (и ли NaOH) 0,0500 моль/л. В Ы П О Л Н Е Н И Е РАБО Т Ы Колонк у с и онообменной смолой промы ваю т перед работой небольш и м к оли чеством д и сти лли рованной вод ы д о отсу тстви я и онов вод ород а (и онов ги д рок си ла) в вы тек аю щем растворе. У ровень ж и д к ости в к олонк е, готовой к работе, д олж ен бы тьна0,3-0,5 см вы ш еслояи онообменни к а. Н еобход и мо помни ть, что вслой и они танед олж ен попад атьвозд у х. В мерну ю к олбу емк остью 100,0 млпи петк ой отмеряю т 20,00 мли сход ного 0,2500 моль/л раствора су льф ата натри я. Д и сти лли рованной вод ой д овод ят объем ж и д к ости д о метк и и перемеш и ваю т. П ри готовленны й раствор Na2SO4 пропу ск аю т через слой и онообменни к а, при ли вая небольш и ми порц и ями . В ы тек аю щи й и з к олонк и э лю ат соби раю т в мерну ю к олбу емк остью 200,0 мл. С к оростьпропу ск ани ярастворад олж набы ть ок оло 2 мл/ми н(1-2 к апли в сек у нд у ). Мерну ю к олбу , в к оторой наход и лся анали зи ру емы й раствор, неск ольк о раз ополаск и ваю т небольш и ми порц и ями

22 д и сти лли рованной вод ы и промы вны е вод ы пропу ск аю т через и онообменни к . Затем и они т промы ваю т 50-80 млвод ы , объем вк олбес ф и льтратом д овод ят д о метк и , перемеш и ваю т и опред еляю т сод ерж ани е к и слоты (основани я), к оторое э к ви валентно взятому д ляанали зак оли честву су льф атанатри я. В к олбу д ляти тровани яотби раю т пи петк ой 10,00 млраствора, при бавляю т 2-3 к апли и нд и к атораи ти тру ю т д о и зменени яок раск и . Ти тровани епровод ят 57 раз. Д анны ети тровани язаносят втабли ц у . № п/п 1 2 …

Vти тр, мл

Vср

m(Na2SO4)

П олу ченны е резу льтаты под вергаю т стати сти ческ ой вы чи сляю т к оли чество су льф атанатри япо ф орму ле: m( Na 2 SO4 ), г =

обработк е и

C T ⋅ VT ⋅ M (1 / 2 Na 2 SO4 ) ⋅ V , V1

гд еС Т и VT –молярнаяк онц ентрац и яи объем ти транта(моль/л; мл); V1- объем али к воты , взятой д ляти тровани я, мл; V –объем э лю ата, мл; M (1 / 2 Na 2 SO4 ) - молярнаямассаэ к ви валента. Затем рассчи ты ваю т относи тельну ю ош и бк у опред елени япо ф орму ле:

D (%) =

mист − m( Na 2 SO4 ) , mист

гд еmи ст- массаNa2SO4, взятаяд ляанали за, г; m(Na2SO4) - массаNa2SO4 по резу льтатам ти тровани я, г.

23 Работа№ 3. РАЗД Е Л Е Н И Е И О Н О В Ц И Н КА И Н И К Е Л Я Н А АН И О Н И Т Е . Ц ельработы : ознак оми тьсяс метод ом и онообменной хроматограф и и Зад ачи : провести разд елени есмеси к ати онов Zn2+ и Ni2+ наани они теАВ - 17 8 вхлори д ной ф орме. С у щность работы : В д анном работе разд елени е к ати онов ц и нк а и ни к еля основано на способности ц и нк а (II) образовы вать в растворе хлори стовод ород ной к и слоты к омплек сы состава [ZnCl3]-. Э тот к омплек с образу ется и у стойчи в, если к онц ентрац и я соляной к и слоты бу д ет неменее2.0 моль/л. И оны ж е ни к еля (II) в э ти х у слови ях под обны х к омплек сов не образу ю т. П ри пропу ск ани и через к олонк у с ани они том в хлори д ной ф орме солянок и слого раствора, сод ерж ащего к омплек сны еани оны [ZnCl3]- и к ати оны ни к еля (II), первы е поглощаю тся ани они том, а и оны ни к еля(II) остаю тся в растворе. П оглощени е хлори д ного к омплек са ц и нк а ани они том в хлори д ной ф ормемож но пред стави тьу равнени ем: RC1 + [ZnCl3]-= R-[ZnCl3] + С 1Кати оны ни к еля (II), не зад ерж и ваясь, вы ход ят и з к олонк и . П ослед у ю щее и звлечени е и онов ц и нк а и з ани они та осу ществляю т, промы вая его д и сти лли рованной вод ой. П ри э том хлори д ны й к омплек с ц и нк аразру ш аетсяи к ати оны ц и нк а(II) д есорби ру ю тся(переход ят вф и льтрат). Матери алы , обору д овани еи реак ти вы 1. Хроматограф и ческ аяк олонк авы сотой неменее30 см, д и аметр1см. 2. Мерны ек олбы емк остью 25,0 мл-12 ш т., стак ан на100 мл- 1 ш т. 3. Ани они т АВ -17-8 вхлори д ной ф орме(15 мл). 4. Хлори стовод ород ная к и слотас к онц ентрац и ей 2 моль/л (300 мл) и 4моль/л (50 мл). 5. Раствор су льф атац и нк аС =0.25 моль/л. 6. Раствор су льф атани к еляС =0.25 моль/л. 7. Т ри лон Б 0.25 М раствор. 8. Аммони йнаябу ф ернаясмесь. 9. Ац етатнаябу ф ернаясмесь. 9. Му рек си д (су хой и нд и к атор- смесьс хлори д ом натри явотнош ени я1:100) 10. Кси леноловы й оранж евы й (су хой и нд и к атор, при готовлени еаналоги чное). 11. Кони ческ и ек олбы , объемом 250 мл. В Ы П О Л Н Е Н И Е РАБО Т Ы П реж д е чем при сту пи ть к разд елени ю смеси и онов ц и нк а и ни к еля, ани они т под готавли ваю т к работе. В стек лянну ю к олонк у загру ж аю т 15 мл набу хш его ани они таАВ -17-8 вхлори д ной ф орме. У ровеньж и д к ости в к олонк е д олж ен бы тьна0,3 см вы ш еслояи они та. Н Е О БХО Д И МО П О МН И ТЬ , Ч Т О В С Л О Й И О Н И Т А Н Е Д О Л Ж Е Н П О П АД АТЬ В О ЗД У Х ! Затем через к олонк у пропу ск аю т 50 мл2,0 М раствора хлори стовод ород ной к и слоты . Раствор при ли ваю т небольш и ми порц и ями С к орость пропу ск ани я раствора д олж на бы ть 4-5 мл/ми н (~3 к апли в сек .). Когд а весь раствор HCl

24 бу д ет пропу щен, к онц ентрац и я к и слоты в к олонк е д олж на бы ть не менее 2,0 моль/л, что обеспечи т сорбц и ю хлори д ного к омплек са ц и нк а ани они том. У ровень к и слоты в к олонк е, готовой к работе, д олж ен бы ть на 0,3 см вы ш е слояи онообменни к а. Затем провод ят под готовк у анали зи ру емого раствора к работе. В стак ан емк остью 100млпомещаю т по 10.00 мл(пи петк ой) 0,25 М раствора ZnSO4 и NiSO4 и при ли ваю т 50 мл (ц и ли нд ром) 4 М раствора Н Cl. П олу ченны й раствор является2 М по хлори стовод ород ной к и слоте. И оны ц и нк анаход ятсяв нем вви д еотри ц ательно заряж енны х к омплек сны х ани онов. П ослеэ того через слой ани они тапропу ск аю т раствор, сод ерж ащи й и оны ц и нк а и ни к еля, при ли вая его небольш и ми порц и ями . С к орость пропу ск ани я д олж на бы ть 1 мл/ми н (1-2 к апли в сек у нд у ). С так ан, в к отором наход и лся анали зи ру емы й раствор, неск ольк о раз ополаск и ваю т небольш и ми порц и ями 2 М раствором Н С 1 и тож е пропу ск аю т через и они т. В ы тек аю щи й и з к олонк и раствор соби раю т в мерны е к олбы емк остью 25,0 мл, и в к аж д ой и з ни х опред еляю т к онц ентрац и ю и онов ни к еля к омплек сонометри ческ и м метод ом. Д ля полного вы мы вани я Ni2+ и з ани они та через к олонк у пропу ск аю т 2 М раствор Н С 1, к оторы й тож е соби раю т в мерны е к олбы . П ромы вк у к и слотой прек ращаю т, к ак тольк о в вы тек аю щем и з к олонк и растворе и онов ни к еля не бу д ет обнару ж ено. П олноту вы мы вани я и з ани они та и онов ни к еля проверяю т по реак ц и и с д и мети лгли ок си мом. Д ляэ того отби раю т начасовоестек ло и ли в проби рк у 1-2 к апли вы тек аю щего и з к олонк и раствора, д обавляю т 2-3 к апли раствора амми ак а и к аплю раствора д и мети лгли ок си ма. В при су тстви и и онов ни к елявы пад ает к расны й осад ок д и мети лгли ок си матани к еля. Е сли и онов ни к еля в ф и льтрате не обнару ж ено, у ровень ж и д к ости в к олонк е д овод ят д о 0,3 см вы ш е слоя и они та и д ля и звлечени я и онов ц и нк а ани они т промы ваю т д и сти лли рованной вод ой, при ли вая ее небольш и ми порц и ями . Ф и льтрат так ж есоби раю т вмерны ек олбы на25,0 мли вни х опред еляю т к онц ентрац и ю и онов ц и нк а метод ом к омплек сонометри и . П ромы вк у вод ой слоя ани они та провод ят д о полного у д алени я и з него и онов ц и нк а. П олноту и звлечени я и онов ц и нк а и з ани они та проверяю т реак ц и ей с K4[Fe(CN)6]. В при су тстви и Zn2+ вы пад ает белы й осад ок Zn2[Fe(CN )6]. Комплек сонометри ческ оеопред елени ек ати оновни к еляи ц и нк а. Коли чественное опред елени е ни к еля (II). В к они ческ у ю к олбу объемом 250 мл отби раю т пи петк ой 5.00 мл ф и льтрата, при бавляю т ц и ли нд ром 50 мл д и сти лли рованной вод ы , 5 мл5% NH4OH (д ля нейтрали зац и и к и слоты ), 10 мл амми ачного бу ф ерного раствора (рН ~10), немного су хого и нд и к атора му рек си д а и ти тру ю т раствором три лона Б д о переход а ж елто-оранж евой ок раск и растворавярк о-си реневу ю . Коли чественное опред елени е ц и нк а (II). В к они ческ у ю к олбу объемом 250 мл отби раю т пи петк ой 5.00 мл ф и льтрата, при бавляю т ц и ли нд ром 50 мл д и сти лли рованной вод ы , 10 мл ац етатной бу ф ерной смеси (рН ~5), немного су хого и нд и к атора к си ленолового оранж евого и ти тру ю т раствором три лона Б д о переход амали новой ок раск и растворавж елту ю . Расчет к онц ентрац и и и онов ни к еля и ц и нк а в растворе (моль/л) провод ят по ф орму ле: С Х =VTCT/VX, гд еVT- объем ти транта, мл;

25 CT –к онц ентрац и яти транта, моль/л; Vx - объем ти тру емого раствора, мл. Резу льтаты ти тровани я и оновNi2+ и Zn2+ пред ставляю т вви д етабли ц ы : № ф рак ц и и

О бъем раствора, прош ед ш его через к олонк у , мл

О бъем растворатри лонаБ, пош ед ш его нати тровани е али к воты , мл

К онц ентрац и яи онов Ni2+ и ли Zn2+ в растворе, моль/л

П о полу ченны м э к спери ментальны м д анны м строят вы ход ну ю к ри ву ю в к оорд и натах С - V, гд еС - к онц ентрац и я опред еляемы х и онов в ф и льтрате. V объем раствора, пропу щенны й через к олонк у . В ы ход ная к ри вая д олж на и меть д ва пи к а, при над леж ащи е и нд и ви д у альны м и онам. О б э ф ф ек те разд елени я и онов ни к еля и ц и нк а на ани они те АВ -17-8 в хлори д ной ф орме мож но су д и ть, сопостави в общи е к оли чества разд еляемы х и онов, опред еленны х в ф и льтрате. Q(Zn2+) и Q(Ni2+) с и х к оли чествами , взяты ми д ля разд елени я Qo(Zn2+) и Qo(Ni2+) (ммоль), т.е. рассчи тать массовы й к оэ ф ф и ц и ент распред елени яDm=Q/Qo д ляи оновц и нк аи ни к еля. С тепень разд елени я д ву х к омпонентов мож но к оли чественно оц ени ть к ри тери ем разд елени яRS.

RS =

2(V2 − V1 ) V2 − V1 = W1 + W2 W0.5(1) + W0.5( 2) ,

гд еWi –ш и ри напи к а, см; W0.5(i) - ш и ри напи к анаполови невы соты (h0.5), см. Д ля у спеш ного разд елени я и онов к ри тери й разд елени я д олж ен бы ть больш е ед и ни ц ы . C, мол ь/л

W0,5(2) W0,5(1) h

W1

h0,5

W2

V, мл

Рис. 5. И сход я и з полу ченны х д анны х рассчи ты ваю т относи тельну ю опред елени яи оновц и нк аи ни к еляпо ф орму ле: Q − QMe D (%) = 0 ⋅100% . Q0

ош и бк у

26 Работа № 4. О П РЕ Д Е Л Е Н И Е АМИ Н О КИ С Л О Т МЕ Т О Д О М ХРО МАТ О Г РАФ И И В Т О Н К О М С Л О Е С О РБЕ Н Т А (Т С Х) И Л И МЕ Т О Д О М БУ МАЖ Н О Й ХРО МАТ О Г РАФ И И (МБХ) Ц ель работы : при обретени е навы к ов работы с обору д овани ем д ля тонк ослойной и бу маж ной хроматограф и и , ознак омлени е с при емами к ачественной обработк и хроматограмм, полу ченны х напласти не д ля ТС Х и на бу маге. Зад ачи : разд ели ть смесь ами нок и слот: гли ц и н-ф ени лалани н и и д енти ф и ц и роватьи х нахроматограмме. Матери алы , обору д овани еи реак ти вы 1. Камерад ляТ С Х и МБХ с при тертой к ры ш к ой. 2. Ми к рош при ц ы на1,0 мк л. 3. Мерны й ц и ли нд ремк остью 25 мл. 4. В есы анали ти ческ и е. 5. П у львери затор. 6. Бу магахроматограф и ческ аяи ли пласти ны д ляТ С Х «С и лу ф ол»(7*12 см). 7. Бу танолмарк и «ч». 8. В од ад и сти лли рованная. 9. У к су снаяк и слотамарк и «ч». 10. Н абор ами нок и слот. 11. Т ермостат возд у ш ны й (t=105 0C). 12. Л и нейк а, к аранд аш . В Ы П О Л Н Е Н И Е РАБО Т Ы П ри готовлени еэ лю ентаи под готовк ак амеры д ляТС Х и МБХ Хроматограф и ровани е провод ят в спец и альны х к амерах д ля Т С Х и МБХ –стек лянны х к ру глы х и ли прямоу гольны х емк остях с при тертой к ры ш к ой. Н а д но к амеры нали ваю т под ви ж ну ю ф азу –э лю ент. Э лю ентом в д анной работе является смесь бу танол – вод а – у к су сная к и слота в соотнош ени и 14:5:1. П од ви ж ну ю ф азу готовят в к амере смеш ени ем 28 млбу танола, 10 млвод ы и 2 млу к су сной к и слоты . В ы сота слоя э лю ента в к амеред олж набы ть~ 0,5 см. Камера с э лю ентом, плотно зак ры тая к ры ш к ой, д олж на нек оторое время постоять, чтобы пространство насы ти лось парами э лю ента – э то у ск оряет проц есс хроматограф и ровани я. 1. П ри готовлени естанд артны х растворовами нок и слоты Г отовят станд артны е растворы али ф ати ческ ой (гли ц и н) и аромати ческ ой (ф ени лалани н) ами нок и слот с к онц ентрац и ей 1 мг/мл. Д ля э того навеск у ами нок и слоты массой 0,0250 г беру т на анали ти ческ и х весах, к оли чественно переносят в мерну ю к олбу емк остью 25,00 мл. О бъем раствора д овод ят д и сти лли рованной вод ой д о метк и и тщательно перемеш и ваю т.

27 2. П од готовк абу маги и ли пласти нк и д ляТ С Х П ласти ну д ля Т С Х марк и «С и лу ф ол» , «Армсорб» и ли аналоги чну ю размером 7*12 см и ли бу магу марк и С к лад у т на стол и просты м к аранд аш ом, без наж и ма, легк о провод ят ли ни ю параллельну ю ни ж нему к раю пласти ны на расстояни и 1,5 см от к рая. Э та ли ни я назы вается «ли ни я старта». Н а ли ни и старта к аранд аш ом намечаю т 4 точк и , равно отстоящи е д ру г от д ру га и от к раев пласти ны . Ж елательно, чтобы расстояни е меж д у точк ами бы ло не менее 1,5 см. Разметк у пласти ны провод ят ак к у ратно, не нару ш ая слоя си ли к агеля. Хроматограф и ческ у ю бу магу мож но брать ру к ами тольк о за у голк и в верхней части ли ста. 3. Н анесени епроб напласти ну (бу магу ) В намеченны е точк и ми к рош при ц ем емк остью 1 мк л наносят при готовленны е растворы в след у ю щем поряд к е. В перву ю , втору ю и третью точк и наносят станд артны ерастворы ами нок и слот. В четверту ю точк у наносят смесь ами нок и слот. Н анесени е проб провод ят легк и м при к основени ем вы д авленной и з и глы ми к рош при ц а к апли к точк е на пласти не и ли бу маге. Д и аметр пятна д олж ен бы ть 0,5-0,6 см. К огд а все 4 пробы бу д у т нанесены , а пятна вы сохну т - пласти на и ли бу мага готова д ля провед ени я хроматограф и ровани я. 4. П ровед ени ехроматограф и ровани я. П ри хроматограф и ровани и на бу маге, послед ню ю сворачи ваю т в ц и ли нд р и зак репляю т к рая ф ольгой (след у ет и збегать сопри к основени я к раев бу маги ). П ласти ну и ли бу магу с нанесенны ми пробами помещаю т в к амеру хроматограф и ровани я так , чтобы ли ни я старта с нанесенны ми пятнами бы ла вы ш е у ровня э лю ента. Камеру зак ры ваю т к ры ш к ой и ж д у т, к огд а э лю ент под ни мется на 2/3 вы соты пласти ны (бу маги ). Хроматограмму вы ни маю т и з к амеры , отмети в к аранд аш ом вы соту под ъема ф ронта э лю ента и су ш ат на возд у хе. 5. П роявлени ехроматограммы . Д ля проявлени язон к омпонентовхроматограмму обрабаты ваю т реагентом при помощи пу львери затора. Д етек ти ру ю щи м реагентом д ля опред еляемы х веществ является 0,5% раствор ни нги д ри на в ац етоне. П осле обработк и пласти ну и ли бу магу су ш ат при температу ре100-105 0С втермостатевтечени е 5 ми ну т. Зоны анали зи ру емого веществаи при месей проявляю тсявви д епятен оранж ево-розового ц вета. 6. Качественны й анали з хроматограмм. П ровод ят к ачественны й анали з хроматограмм, т.е. и д енти ф и ц и ру ю т ами нок и слоты по вели чи неRf. Rf всех проявляю щи хся зон на хроматограмме рассчи ты ваю т к ак отнош ени е вы соты под ъема зоны к омпонента - hx (расстояни е от ли ни и старта д о ц ентра

28 пятна) к вы соте под ъема ф ронта э лю ента hf (расстояни е от ли ни и старта д о ли ни и ф ронта(ри с. 6). л и ни я ф р онта

hf

h

R f = hx / h f ,

1

2

3

ста р тов а я л и ни я

Рис.6. гд е hx и hf и змеряю т ли нейк ой и вы раж аю т в од и нак овы х ед и ни ц ах д ли ны (см и ли мм). С овпад ени е Rf од ной и з зон анали зи ру емого вещества с Rf зоны вещества, нанесенного в к ачестве станд арта, позволяет под тверд и ть нали чи е д анной ами нок и слоты всмеси . Резу льтаты э к спери ментаоф ормляю тсявви д етабли ц ы . Т абли ц а. О пред елени еами нок и слотного составасмеси . Н али чи е hx, см hf, см Rf Ами нок и слоты И нд . смесь И нд . смесь И нд . смесь к омпонентов (+/-) к омп. к омп. к омп. Ами нок и слота1 Ами нок и слота2 Ами нок и слота3 1 к омпонент 2 к омпонент 3 к омпонент Н а основани и полу ченны х д анны х д елается вы вод о составе анали зи ру емой смеси .

29 Работа№ . 5. О П РЕ Д Е Л Е Н И Е КО Н Ц Е Н Т РАЦ И И С О Л И Н И КЕ Л Я МЕ Т О Д О М О С АД О Ч Н О Й ХРО МАТ О Г РАФ И И Н А БУ МАГ Е Ц ельработы : О пред ели тьсод ерж ани ени к еляванали зи ру емом растворе метод ом осад очной хроматограф и и набу маге. С у щность работы : О сад очная хроматограф и я основана на реак ц и ях взаи мод ействи я разд еляемы х веществ с осад и телем. Разли чи ев раствори мости образу ю щи хся малораствори мы х осад к ов обу словли вает и х разд елени е. Д ля осад очной хроматограф и и харак терно нетольк о послед овательноеобразовани е осад к ов, облад аю щи х разли чной раствори мостью , но и многок ратное повторени епроц ессаи х образовани яи растворени я. Разд елени е смеси веществ метод ом осад очной хроматограф и и мож ет осу ществляться в к олонк е, в тонк ом слое и ли на бу маге. П ри рассмотрени и повед ени я осад к ов в к олонк е и ли тонк ом слое при ни маю т, что равновеси е меж д у раствором и осад и телем, наход ящи мся в тверд ой ф азе, у станавли вается прак ти ческ и мгновенно. Разли чаю т д ва способа полу чени я хроматограммы : раствор хроматограф и ру емы х веществ ввод и тся в непод ви ж ну ю ф азу , в к оторой сод ерж и тся осад и тель, и ли ж е раствор осад и теля вноси тся в тверд у ю ф азу , сод ерж ащу ю опред еляемы евещества. Д ля полу чени я осад очной хроматограммы хроматограф и ческ у ю бу магу пропи ты ваю т раствором осад и теля и вы су ш и ваю т на возд у хе. Н а под готовленну ю бу магу наносят к аплю анали зи ру емого раствора. П о мере его впи ты вани я образу ется перви чная хроматограмма, осад к и анали зи ру емы х веществ в к оторой образу ю тся в ви д е к олец , располагаю щи хся от ц ентра к пери ф ери и , в поряд к е у вели чени я и х раствори мости . Д ля более полного разд елени я зон образу ю щи хся осад к ов перви чну ю хроматограмму промы ваю т раствори телем и полу чаю т втори чну ю хроматограмму . Метод ом осад очной хроматограф и и провод ят к ак к ачественны й анали з, так и к оли чественны й. В к ачественном анали зе о при су тстви и на хроматограмме и она су д ят по харак терной ок раск е прод у к та реак ц и и его с осад и телем. В к оли чественном анали зе сод ерж ани е вещества опред еляю т по и змеренной площад и хроматограф и ческ и х зон и ли метод ом сравнени я и нтенси вности ок раск и зон. Н аи более ш и рок ое при менени е полу чи лэ к спресс-метод к оли чественного опред елени я веществ - пи к овая осад очная хроматограф и я на бу маге. В э том метод е осад и тели беру тся в так ом к оли честве, чтобы в месте впи ты вани я в бу магу пробы анали зи ру емого раствора опред еляемы е и оны осаж д али сь не полностью и при разви ти и хроматограммы переноси ли сь на новы е у частк и бу маги , пропи танной осад и телем. В резу льтатеи з к ру говой зоны (пятна) при её промы вани и под ви ж ны м раствори телем ф орми ру ю тся зоны осад к ов в ви д е

30 прави льны х пи к ов. П ри э том отмечается ли нейная зави си мость вы соты зоны пи к ов от к онц ентрац и и опред еляемого и она. Э то д ает основани е провод и ть к оли чественноеопред елени еразли чны х веществ. В настоящей работе э ти м метод ом опред еляется сод ерж ани е ни к еля в растворе. О сад и телем слу ж и т д и мети лгли ок си м (Д МГ ), к оторы й с и оном ни к еля образу ет розово-к расны й осад ок вну три к омплек сной соли д и мети лгли ок си матани к еля. Матери алы обору д овани еи реак ти вы 1. Ф и льтровальнаябу мага, пропи танная0,1% раствором д и мети лгли ок си ма. 2. Ми к рош при ц ы объемом 1,0 мк л. 3. С танд артны е растворы соли ни к еля с к онц ентрац и ей от 0,0500 д о 0,2500 моль/л. 4. П од ви ж наяф аза- 12% вод ны й раствор гли ц ери на. 5. Хроматограф и ческ аяк амера. В Ы П О Л Н Е Н И Е РАБО Т Ы Л и ст ф и льтровальной бу маги марк и "си няя лента", пред вари тельно пропи танны й 0,1%-ны м раствором д и мети лгли ок си ма и вы су ш енны й, помещаю т на поверхность и з стек ла. Г раф и товы м к аранд аш ом на бу маге провод ят д ве ли ни и : ли ни ю погру ж ени я бу маги в под ви ж ну ю ф азу на расстояни и 0,5-1,0 см от ни ж него к рая полосы бу маги и ли ни ю старта на расстояни и 2,0-2,5 см. Н а ли ни и старта намечаю т необход и мое к оли чество точек (в зави си мости от чи сла станд артны х и опред еляемы х растворов) на расстояни и 1,0-1,5 см д ру г от д ру га. В места, помеченны е точк ами , наносят и сслед у емы е растворы с помощью ми к рош при ц а: по 1 мк л станд артны х растворов соли ни к еля с к онц ентрац и ей от 0,005 д о 0,125 моль/л и раствор с неи звестной к онц ентрац и ей. П олу чаю т к ру глы е зоны розового ц вета (д и мети лгли ок си мат ни к еля) э то перви чная хроматограмма. Бу магу под су ш и ваю т на возд у хе и помещаю т в хроматограф и ческ у ю к амеру д ляразви ти яхроматограмм. Камерапред ставляет собой стак ан емк остью 500 мл, на д но к оторого нали ваю т под ви ж ну ю ф азу 12% раствор гли ц ери на в вод е. П олоск у бу маги зак репляю т в ш тати в в верти к альном полож ени и и опу ск аю т в раствор гли ц ери на д о ли ни и погру ж ени я так , чтобы она не к асалась стенок и д на к амеры . Разви ти е хроматограммы прои сход и т в течени е 20-30 ми ну т. П од ви ж ны й раствори тель, под ни маясь по к апи ллярам бу маги , вы мы вает непрореаги ровавш и е с осад и телем в месте нанесени я раствора и оны ни к еля и переносят и х вверх к у частк ам бу маги , сод ерж ащи м свеж и е порц и и д и мети лгли ок си ма, вслед стви е чего ф орми ру ю тся зоны в ви д е прави льны х пи к ов - втори чная хроматограмма (ри с.1). Ч ерез 30 ми ну т втори чну ю хроматограмму вы ни маю т и з к амеры , под су ш и ваю т на возд у хе и отмечаю т к аранд аш ом верш и ны пи к ов зон. Затем и змеряю т вы соту зон-пи к ов от ц ентра к ру глой зоны д о верш и ны зоны (ри с.7). Затем строят к али бровочны й граф и к в к оорд и натах: вы сота пи к а (h, см) к оли чество вещества в объеме пробы (мк моль) и ли к онц ентрац и я раствора (моль/л) (ри с.8).

31 h, см

h

hX

CX

Ри с.7 В тори чнаяхроматограмма

C, мол ь/л

Ри с. 8. К али бровочны й граф и к

Зная вы соту зоны -пи к а раствора соли ни к еля неи звестной к онц ентрац и и (hX) и и спользу я к али бровочны й граф и к , наход ят к онц ентрац и ю раствора соли ни к еля(С Х ). Д анны еобработк и хроматограммы заносят втабли ц у . Т абли ц а № 1 2 … х

h, см

C, моль/л

32 Работа№ 6. РАЗД Е Л Е Н И Е И О Н О В Ж Е Л Е ЗА (III), КО БАЛ Ь Т А (II), Н И К Е Л Я (II) И КО Л И Ч Е С Т В Е Н Н О Е О П РЕ Д Е Л Е Н И Е Ж Е Л Е ЗА (III) Разд елени е и онов ж елеза (III) и ни к еля (II) провод ят метод ом распред ели тельной хроматограф и и набу маге. О н основан на способности э ти х и онов образовы вать разны е по у стойчи вости к омплек сны е и оны с хлори д и онами и на разной и х под ви ж ности в си стеме «под ви ж ны й-непод ви ж ны й раствори тель». Комплек сны е и оны ж елеза [FeCl4]- прод ви гаю тся прак ти ческ и вместе с ф ронтом раствори теля. За ни ми располагаю тся и оны к обальта и затем и оны ни к еля. Зону ж елеза на хроматограмме вы резаю т и после э к страк ц и и опред еляю т его сод ерж ани еф отометри ческ и вви д ерод ани д аж елеза. Ц ель работы : опред ели ть к ачественны й состав смеси и к оли чество ж елеза (III) вней. Матери алы , обору д овани еи реак ти вы : 1. Хроматограф и ческ аяк амера–чаш к аП етри . 2. Ми к рош при ц емк остью 10 мк л. 3. П у львери затор. 4. Хроматограф и ческ аябу магад и аметром 12 см. 5. П и нц ет. 6. С так ан емк остью 50 мл. 7. П од ви ж ны й раствори тель: н-бу танол, ац етон, к онц ентри рованная хлори стовод ород наяк и слотаи вод а(4:3:2:1). 8. П рояви тели : a) насы щенны й ац етоновы й раствор ти оц и анатааммони я; b) 1%-ны й растворд и мети лгли ок си мав10% раствореги д рок си д ааммони я; c) ти оц и анат аммони яи ли к али я, 4М раствор. 9. Мерны ек олбы емк остью 50,00 мл, 6 ш т. 10. С танд артны й растворсоли ж елеза, сод ерж ащи й 10 мк г/млж елеза(III). 11. Хлори стовод ород наяк и слота, 2М раствор. 12. Ф отометр. В ы полнени еработы Н а ли сте хроматограф и ческ ой бу маги размером 12*12 см вы резаю т полоск у ш и ри ной не более 1 см («хвости к ») и у к орачи ваю т его на 1,5 см (ри с.9) (Вним ание! Хроматограф и ческ у ю бу магу след у ет братьру к ами тольк о за к рай ли ста!) П робу и сслед у емого раствора объемом 10 мк л в 2-3 при ема наносят в ц ентр хроматограф и ческ ой бу маги у основани я «хвости к а» (ри с.9), пользу ясь ми к рош при ц ем. П осле к аж д ого нанесени я пробы пятну д аю т под сохну ть. Д и аметр пятна не д олж ен превы ш ать 3 мм. Н а д но чаш к и П етри нали ваю т 10-15 мл под ви ж ного раствори теля. Л и ст хроматограф и ческ ой бу маги с нанесенной пробой к лад у т на чаш к у П етри , опу сти в «хвости к » (не переги бая его основани я) в раствори тель и нак ры ваю т так ой ж ечаш к ой П етри (ри с.). Раствори тель по «хвости к у » под ни мается на ли ст и перед ви гается по бу маге рад и ально. Зоны при обретаю т ф орму расш и ренны х д у г. К огд а раствори тель по бу маге пройд ет 2/3 пу ти д о стенок чаш к и П етри , разви ти е хроматограммы останавли ваю т, т.е. вы ни маю т ееи вы су ш и ваю т под тягой.

33 Рис.9. Х ром ат ограф ическая бум ага(1); част ь бум аги, опускаем ая в раст в орит ел ь(2); проба(3); чашка Пет ри(4).

Д ля проявлени я хроматограммы ее опры ск и ваю т и з пу ли вери затора насы щенны м раствором ти оц и аната аммони я в ац етоне. Зона ж елеза (III) ок раш и вается в к расно-бу ры й, а к обальта (II) в голу бой. П осле под су ш и вани я хроматограммы с помощью к и сточк и смачи ваю т амми ачны м раствором д и мети лгли ок си ма у часток бу маги меж д у зоной к обальта (II) и стартовой ли ни ей. П роявляетсязонани к еля(II), ок раш еннаявмали новы й ц вет. Д ля к оли чественного опред елени я и онов ж елеза (III) ок раш енну ю зону ж елеза (III) ак к у ратно вы резаю т нож ни ц ами , отсту пи в от грани ц ы пятна на 3 мм. О ставш у ю ся част хроматограммы при к леи ваю т в лабораторны й ж у рнал. В ы резанну ю зону ж елеза(III) помещаю т в стак ан емк остью 50 мл, при ли ваю т 10 мл ац етона, 3 к апли 2 М раствора Н Cl и оставляю т на 5-10 ми н д о обесц вечи вани я. Затем бу магу пи нц етом вы ни маю т и з стак ана, а раствор перели ваю т в мерну ю к олбу на 50 мл. Затем в стак ан, в к отором провод и ли и звлечени е ж елеза (III) бу магу д важ д ы промы ваю т порц и ями д и сти лли рованной вод ы по 10 мл. П ромы вны е вод ы вы ли ваю т в мерну ю к олбу , д обавляю т 5 мл4М раствора NH4SCN и ли KSCN, д овод ят раствор д о метк и д и сти лли рованной вод ой и тщательно перемеш и ваю т. Затем и змеряю т опти ческ у ю плотность э того раствора на ф отометре в к ю ветах с l=50 мм с и спользовани ем си него светоф и льтра (λ= 480 нм). П ри и змерени и опти ческ ой плотности в к ачестве растворасравнени я и спользу ю т след у ю щи й раствор: в к олбу емк остью 50 мл при ли ваю т 10 млац етона, 3 к апли 2М раствора HCl, 5 мл4 М раствора NH4SCN и ли KSCN, разбавляю т д и сти лли рованной вод ой д о метк и . Коли чество ж елеза(III) ванали зи ру емом растворе(вмк г) опред еляю т по и змеренной вели чи не опти ческ ой плотности , и спользу я град у и ровочны й граф и к А=f(CFe(3+)). Д ляпостроени яград у и ровочного граф и к аберу т 5 мерны х к олб емк остью 50 мл, в к оторы е отмеряю т пи петк ой 0,5 мл; 1,0 мл; 1,5 мл; 2,0 мл и 2,5 мл раствора соли ж елеза (III), сод ерж ащи й 10 мк г/млж елеза (III). Затем в к аж д у ю и з ни х при ли ваю т 5 мл4 М раствора KSCN, 3 к апли 2 М раствора HCl, 10 мл ац етона, разбавляю т д и сти лли рованной вод ой д о метк и и тщательно перемеш и ваю т. И змеряю т опти ческ у ю плотность э ти х растворов по отнош ени ю к раствору сравнени я в к ю ветах с l=50 мм с си ни м светоф и льтром ( λ=480 нм). С троят к оли бровочны й граф и к в ви д е зави си мости А от CFe(3+). Конц ентрац и я и онов ж елеза (III) в при готовленны х растворах и зменяется от 5 д о 25 мк г/50 мл. Д анны езаносят втабли ц у .

34 №

О бъем станд артного раствораFe3+, мл

3+

К онц ентрац и яи оновFe , мк г/мл

Т абли ц а О пти ческ ая плотность(А)

1 2 1. 2. 3.

4. 5. 6. 7.

Рек ом ендуем ая литература О сновы анали ти ческ ой хи ми и . Кн. 1: О бщи е вопросы . Метод ы разд елени я / Ю .А. Золотов, Е .Н . Д орохова В .И . Ф ад еева и д р. П од ред . Ю .Л . Золотова. - М. : В ы сш аяш к ола, 1996.-. -383 с. В аси льев В .П . Анали ти ческ ая хи ми я Ч . 2. Ф и зи к о-хи ми ческ и е метод ы анали за./ В .П .В аси льев. - М. : В ы сш аяш к ола, 1989. - 384 с. Д орохова Е .Н . Анали ти ческ ая хи ми я. Ф и зи к о-хи ми ческ и е метод ы анали за /Е .Н . Д орохова, Г .В . П рохорова. - М. : В ы сш ая ш к ола, 1982. 375с. П ономарев В .Д . Анали ти ческ ая хи ми я / В .Д .П ономарев. - М. : В ы сш ая ш к ола, 1982. - Ч .2. –288 с. Коли чественны й анали з хроматограф и ческ и ми метод ами / Э . Т ру ш к а, [ и д р.]. - М. : Ми р, 1990. - 320 с. Анали ти ческ ая хроматограф и я / К.И . С ак од ы нск и й, [и д р.] - М.: Хи ми я, 1993. - 464 с. П рак ти ческ ая газовая и ж и д к остная хроматограф и я: У чеб. пособи е / Б.В .С толяров, [и д р.]. –С .-П б.: И зд -во С .-П б. у н-та, 2002. –616 с.

35

С остави тели : МатвееваМари аннаВ и к торовна КарповС ергей И ванови ч ХохловВ лад и ми рЮ рьеви ч С елеменевВ лад и ми р Ф ед орови ч Ред ак тор Ти хоми роваО .А.