Определение гидразина и его алкилпроизводных методом обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии
Описание файла
Документ из архива "Определение гидразина и его алкилпроизводных методом обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "аналитическая химия" из 3 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГУ им. Ломоносова. Не смотря на прямую связь этого архива с МГУ им. Ломоносова, его также можно найти и в других разделах. .
Онлайн просмотр документа "Определение гидразина и его алкилпроизводных методом обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии"
Текст из документа "Определение гидразина и его алкилпроизводных методом обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии"
Московский Государственный Университет
имени М. В. Ломоносова
ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Кафедра аналитической химии
Лаборатория хроматографии
Определение гидразина и его алкилпроизводных методом обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии.
Курсовая работа
по аналитической химии
студентки 203 группы
Буслаковой А. Н.
Научные руководители:
к.х.н., доцент Смоленков А. Д.
Студент 5-го курса
Браун А. В.
Преподаватель группы:
к.х.н., доцент Осколок К. В.
Москва
2010 год
Содержание
Введение 3
1. Обзор литературы 4
1.1. Свойства гидразина и его производных 4
1.1.1. Гидразин 4
1.1.2. Метилгидразин 5
1.1.3. Несимметричный диметилгидразин 6
1.1.4. Бутилгидразин, tert-бутилгидразин, метилэтилгидразин и триметилгидразин 7
1.2. Методы определения гидразина и его производных 8
1.2.1. Спектрофотометрические методы 8
1.2.2. Хроматографические методы 9
2. Экспериментальная часть 16
2.1. Реактивы и оборудование 16
2.2. Техника эксперимента 17
3. Обсуждение результатов 18
4. Выводы 26
5. Список литературы 27
Введение
Гидразин и его производные нашли широкое применение в различных отраслях хозяйственной деятельности человека. Эти вещества являются продуктами многотоннажного химического производства. В частности, несимметричный диметилгидразин (N,N-диметилгидразин, НДМГ) является основным компонентом высокоэффективного ракетного топлива (гептил), поэтому эксплуатация ракетной техники приводит к систематическому поступлению НДМГ в окружающую среду. Отрицательное воздействие гидразинов на окружающую среду связано с высокой токсичностью этих веществ. В частности, государственные стандарты устанавливают следующие предельно допустимые концентрации НДМГ: в воздухе рабочей зоны его ПДК составляет 0,1 мг/м3, в воде хозяйственно-бытового использования - 0,02 мг/л, в водоемах рыбохозяйственного назначения– 0,5 мкг/л. Низкий уровень значений ПДК требует высокой чувствительности методики для определения гидразинов на фоне сложного состава природных матриц.
Для определения гидразинов известны спектрофотометрические, флуориметрические и тест-методы анализа, где его определяют в виде производных с альдегидами и другими органическими реагентами. Однако эти подходы не обеспечивают достаточную степень точности, необходимый уровень чувствительности и селективности, и поэтому разработка надежных способов определения НДМГ с высокими метрологическими характеристиками представляет актуальную задачу. Для определения гидразинов в реальных объектах широко используются различные варианты хроматографии: ионная, газовая, обращено-фазовая высокоэффективная жидкостная хроматография (ОФ ВЭЖХ). Хроматографические методы позволяют проводить определение гидразинов и их производных с высокой селективностью и эффективностью на фоне сложного состава природных матриц.
Целью данной работы является поиск оптимальных условий разделения алкилпроизводных гидразина (гидразин, метилгидразин, бутилгидразин, tert- бутилгидразин, несимметричный диметилгидразин, метилэтилгидразин, триметилгидразин) методом ОФ ВЭЖХ и апробация предложенного подхода к анализу природных объектов.
1. Обзор литературы
1.1. Свойства гидразина и его производных
Гидразин и его производные – высоко реакционноспособные вещества. Для них характерны многие химические реакции: окисления, трансформации, сольватации, комплексообразования, нейтрализации, солеобразования, и другие. Соединения гидразинового ряда проявляют свойства сильных восстановителей. Эти соединения представляют собой слабые основания, их растворы в воде имеют щелочную реакцию. Сам гидразин и его производные активно взаимодействуют с кислотами с образованием солей [1]. По мере увеличения степени замещения водорода в гидразине алкильными радикалами, pKb соединения уменьшается.
1.1.1. Гидразин
| Структурная формула
|
| Формула: N2H4 |
Безводный гидразин (диамин) H2N-NH2 – бесцветная, дымящая на воздухе, сильно гигроскопичная жидкость с неприятным запахом [1]. Смешивается в любых соотношениях с водой, жидким аммиаком, этанолом; в неполярных растворителях растворяется плохо. Высокая диэлектрическая проницаемость (ε0=52) делает гидразин сильным ионизирующим растворителем.
Гидразин термодинамически неустойчив (∆fH0 298=50,6 кДж/моль). В связи с этим гидразин разлагается при нагревании и медленно окисляется кислородом воздуха до молекулярного азота. По устойчивости гидразин значительно уступает аммиаку, так как связь N—N не очень прочная. Поэтому гидразин хранят в виде его солей, чаще в виде сульфатов и нитратов.
Водные растворы гидразина обладают основными свойствами, но они значительно слабее, чем у аммиака. Гидразин может образовывать соли с сильными кислотами и выступать в качестве лиганда в координационных соединениях. Основные свойства приведены в таблице 1.
Таблица 1. Основные свойства гидразина [1, 2]
| Свойство | Значение |
| Тплав. (760 мм рт.ст.) | 1ºС |
| Ткип. (760 мм рт.ст.) | 114 ºС |
| Плотность | 1.01 г/см3 |
| pКb1 | 6,1 |
| pKb2 | 15,1 |
Алифатические производные гидразина
Моно - и дизамещенные производные гидразина по своим свойствам очень близки к самому гидразину [1]. Низшие алкилгидразины - гигроскопичные, дымящие на воздухе, высоко токсичные, агрессивные (разъедают кожу, каучук) жидкости со специфическим запахом, хорошо растворимые в спирте, эфире. С водой смешиваются с разогреванием и с трудом от нее освобождаются. Неустойчивы на воздухе, постепенно окисляются кислородом. Моно - и диалкилгидразины – основания той же силы, что и сам гидразин. Триалкилгидразины значительно менее основны.
С кислотами гидразины образуют кислые и нейтральные соли. Из растворов хорошо кристаллизуются сульфаты, оксалаты и тартраты.
1.1.2. Метилгидразин
| Структурная формула
|
| Формула N2CH6 |
Монометилгидразин (метилгидразин) – прозрачная, бесцветная, очень подвижная жидкость со специфическим запахом. Метилгидразин обладает высокой стабильностью и, из-за большого давления паров, высокой летучестью.
Метилгидразин – высокотоксичное вещество. В свободном виде при концентрации 0,01 промиль убивает низшие формы животных, бактерии, грибы [2]. Основные свойства приведены в таблице 2.
Таблица 2. Основные свойства метилгидразина [2]
| Свойство | Значение |
| Тплав. (760 мм рт.ст.) | -52,4 ºС |
| Ткип. (756 мм рт.ст.) | 87,7 ºС |
| ρ420 | 0,8733 |
| nD20 | 1,433 |
| pКb1 | 6,2 |
1.1.3. Несимметричный диметилгидразин
| Структурная формула: |
| Формула: С2H8N2 |
Несимметричный диметилгидразин (НДМГ) – бесцветная гигроскопичная жидкость со слабоосновными свойствами. Хорошо растворяется в воде (растворимость составляет более 10%) и полярных органических растворителях. Медленно окисляется кислородом воздуха с выделением азота. При повышении температуры до 270°C самовоспламеняется [1, 2].
Таблица 3. Основные свойства НДМГ [1,2]
| Свойство | Значение |
| Ткип (760 мм рт. ст.) | 63°C |
| ρ 420 | 0,791 |
| nD20 | 1,408 |
| Давление паров (25°C) | 157 мм рт. ст. |
| pKb (30°C) | 6,8 |
В природе НДМГ не встречается. Обнаружение его в объектах окружающей среды свидетельствует об антропогенном загрязнении, связанным с производством и применением НДМГ в ракетной технике.
1.1.4. Бутилгидразин, tert-бутилгидразин, метилэтилгидразин и триметилгидразин
Свойства данных соединений в литературе описаны мало [1], так как они не являются промышленно используемыми объектами и не производятся в крупных масштабах. Данные вещества – бесцветные жидкости с характерным запахом. Хорошо растворимы в полярных растворителях. В природе не встречаются. Основные физические свойства данных веществ приведены в таблице 4.
Таблица 4. Основные свойства бутилгидразина, tert-бутилгидразина, метилэтилгидразина и триметилгидразина [1]
| Название вещества | Структурная формула | Свойство | Значение |
| Бутилгидразин (С4H9N2H3) |
| Ткип (36 мм рт. ст.) | 62,7°C |
| ρ 420 | 0,838 | ||
| nD20 | 1,437 | ||
| pKb (30°C) | 6,5 | ||
| Трет-Бутилгидразин (С4H9N2H3) |
| Ткип (766 мм рт. ст.) | 117,4°C |
| ρ 420 | 0,826 | ||
| nD20 | 1,428 | ||
| pKb (30°C) | 6,6 | ||
| Метилэтилгидразин (C3N2H10) |
| Ткип (760 мм рт. ст.) | 89°C |
| ρ 420 | 0,800 | ||
| nD20 | 1,421 | ||
| pKb (30°C) | 6,9 | ||
| Триметилгидразин (C3N2H10) |
| Ткип (760 мм рт. ст.) | 59,3°C |
| ρ 420 | 0,772 | ||
| nD20 | 1,403 | ||
| pKb (30°C) | 7,3 |
1.2. Методы определения гидразина и его производных
К методикам химического анализа предъявляется ряд требований и условий. Прежде всего, это чувствительность. Так как гидразин и его производные являются высоко токсичными веществами и их ПДК в окружающей среде очень малы, то от методики требуется большая чувствительность, минимальная граница определяемых концентраций должна составлять как минимум половину от нормативов ПДК, что, к примеру, для НДМГ (в воде) составляет порядка 0.02 мг/л.
