Веществ в аналитической химии.

2. Цель лекции: Дать понятиео методах разделения и концентрирования веществ.

3. Тезисы лекции: При проведении химического анализа часто приходится решать задачи по открытию или определению данного вещества либо в присутствии других веществ, либо тогда, когда концентрация определяемого вещества очень мала, либо в таких случаях, когда и концентрация определяемого вещества незначительна и имеются примеси мешающих веществ. В подобных ситуациях необходимо осуществлять разделение или концентрирование веществ.

Разделение − это операция (процесс), в результате которой компоненты, составляющие исходную смесь, отделяются друг от друга. При этом концентрации разделяемых компонентов могут быть одинаковыми или различными.

Концентрирование − это такая операция (процесс), в результате которой повышается отношение концентрации (количества) микрокомпонента к концентрации (количеству) макрокомпонента (или основы).

Под микрокомпонентом и макрокомпонентом подразумевают составные компоненты смеси, находящиеся соответственно в микроколичестве и в макроколичестве.

Различают абсолютное концентрирование и относительное концентрирование.

Абсолютное концентрирование − это перевод микрокомпонента из большой массы (или большого объема) образца в малую массу (или в малый объем).

При этом повышается концентрация микрокомпонента.

Относительное концентрирование (обогащение) − это увеличение отношения между количествами микрокомпонента и макрокомпонента. К макрокомпонентам в этом случае относится и растворитель. Относительное концентрирование можно рассматривать как частный случай разделения, в результате которого концентрации компонентов смеси оказываются резко различными.

Результаты концентрирования количественно характеризуют коэффициентом (фактором) концентрирования F:

(9.1)

где Q°₁ и Q°₂ − соответственно количество (или концентрация) микрокомпонента и макрокомпонента до концентрирования; Q₁ и Q₂ − соответственно количество (или концентрация) микрокомпонента и макрокомпонента после концентрирования. В случае абсолютного концентрирования Q°₁ и Q°₂ − объем раствора до и после концентрирования.

Методы разделения и концентрирования основаны на использовании различий в свойствах компонентов анализируемой системы, таких, как растворимость, температура кипения, скорость движения частиц во внешнем электрическом поле, сорбция и др. К числу наиболее распространенных методов разделения и концентрирования относятся следующие.

Методы испарения (упаривание, перегонка, сублимация) основы, в которой содержится концентрируемый компонент. Обычно различает упаривание и выпаривание. Упаривание − испарение основы, при котором часть ее остается в системе по окончании процесса испарения. Выпаривание (досуха) − испарение основы, при котором последняя удаляется полностью.

Озоление − метод, при котором исходный анализируемый материал путем термической обработки на воздухе превращают в минеральный остаток − золу. Применяют тогда, когда определяемый компонент (например, металлы-микроэлементы) распределен в большой массе сгораемой основы. Метод часто используют при анализе растительного лекарственного сырья − осторожно сжигают на воздухе сухую массу сырья.

Кристаллизация − метод, применяемый для концентрирования примесных веществ (например, так называемый метод зонной плавки).

Экстракция −совокупность методов, основанных на использовании различий в растворимости извлекаемого компонента в двух контактирующих несмешивающихся фазах (двух жидких или жидкой и твердой). Экстракция относится к наиболее эффективным методам разделения веществ. Экстракционные методы используют при извлечении различных компонентов из растительного и минерального сырья, для выделения газов из металлов и сплавов при высоких температурах, для отделения одних компонентов раствора от других и т. д. Процесс экстракции количественно описывается константой распределения, коэффициентом распределения, степенью извлечения и константой экстракции. На процессы экстракции оказывают влияние: объем экстрагента, число экстракций, рН среды, наличие посторонних примесей.

Сорбционные методы −основаны на использовании различий в способности разделяемых или концентрируемых компонентов поглощаться веществами-носителями. Используют адсорбцию (поглощение поверхностью), абсорбцию (поглощение в объеме), хемосорбцию (поглощение, сопровождаемое протеканием химических реакций). Во многих случаях все эти виды сорбции наблюдаются одновременно.

При концентрировании микроколичеств веществ из сорбционных методов часто применяют избирательную адсорбцию. В качестве сорбента используют твердые фазы с высокоразвитой поверхностью − активированный уголь, кремнезем (силикагель), оксиды и гидроксиды металлов, их соли, синтетические полимерные вещества и др.

Электрохимические методы. Для разделения и идентификации компонентов смесей применяют методы электрофореза, основанные на использовании различий в скоростях движения заряженных частиц растворенных веществ во внешнем электрическом поле. Перемещаясь с различными скоростями под действием внешнего электрического поля, заряженные частицы (ионы) в конце концов разделяются на зоны, каждая из которых содержит ионы одинаковой природы. Эти зоны можно затем идентифицировать различными способами.

Электрофорез проводят либо в свободной незакрепленной среде (в вободной жидкости) − фронтальный электрофорез, либо в закрепленной среде − зональный электрофорез − на крупнопористых носителях (фильтровальная бумага, целлюлоза, порошкообразная пластмасса, агар-агар, ацетилцеллюлоза, стеклянный порошок) или на мелкопористых носителях (силикагель, полиакриламидный гель, целлюлоза, оксид алюминия, крахмал и др.).

Хроматографические методы − совокупность различных методов, основанных на различии в сродстве разделяемых компонентов, перемещающихся с подвижной фазой (жидкость, газ), к неподвижной фазе (твердое вещество, вязкая жидкость).

4. Иллюстративный материал: