Методы разделения и концентрирования (1109449), страница 18

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 18)

В проточно-инжекционных системах используют колонки минимального размера, так как в противном случае зона концентрата в потоке при десорбции размывается. Емкость сорбента по отношению к извлекаемому микрокомпоненту должна быть достаточно высокой, чтобы при маленьких размерах колонок обеспечить эффективное извлечение. Сорбенты должны быть слабонабухающими и создавать минимальное сопротивление потоку. В настоящее время в проточных сорбционно-спектроскопических методах анализа используют, как правило, привитые комплексообразующие сорбенты на основе полистирола, силикагеля или целлюлозы, ионообменники, модифицированные хелатообразующими реагентами, реже – коммерческие катионо- и анионообменники. В табл. 17

Рис. 11. Схема системы проточно-инжекционного анализа с предварительным сорбционным концентрированием следов металлов: 1 – перистальтический насос; 2 – пневматический инжекционный клапан; 3 – шестиходовый ротационный клапан; 4 – микроколонка; 5 – пламя.

приведены метрологические характеристики проточных сорбционно- спектроскопических методов определения элементов в объектах окружающей среды.

Следует отметить перспективность методов, основанных на определении элементов непосредственно в фазе сорбента. К таким методам относят твердофазную спектрофотометрию, спектроскопию диффузного отражения и твердофазную люминесценцию. Достоинства этой группы методов связаны с совмещением во времени концентрирования, получения пригодной для измерения аналитической формы определяемого компонента и измерения аналитического сигнала. Такое сочетание перспективно, так как в нем удается объединить эффективность и технологичность сорбции с высокой чувствительностью спектроскопических методов. Сорбционное концентрирование в сочетании с измерением аналитического сигнала на поверхности позволяет на несколько порядков снизить пределы обнаружения определяемых компонентов, а использование сорбентов, модифицированных специфическими аналитическими реагентами, дает возможность повысить избирательность анализа.

Окрашенные или люминесцирующие соединения в фазе сорбента получают различными способами. Первый способ основан на переводе определяемого вещества в окрашенное соединение, чаще всего комплексное, путем взаимодействия с органическим или неорганическим

Таблица 17. Метрологические характеристики проточных сорбционно-спектроскопических методов определения элементов в различных объектах окружающей среды

реагентом в растворе, а затем сорбции его ионитом или любым другим немодифицированным сорбентом. Во втором – определяемый компонент вначале извлекают сорбентом, а затем "проявляют", обрабатывая его подходящим хромофорным или люминесцирующим реагентом. Третий способ основан на извлечении определяемого компонента сорбентом, модифицированным соответствующим органическим или неорганическим реагентом.

Выбор способа получения окрашенных (люминесцирующих) соединений и перевода их в матрицу сорбента зависит от решаемой задачи и пробоподготовки анализируемого раствора перед сорбцией. Первый прием целесообразно применять в тех случаях, когда соответствующие фотометрические (люминесцентные) реакции достаточно селективны и задача сводится в основном к снижению предела обнаружения за счет стадии концентрирования. При реализации двух последних приемов можно достичь большей селективности, как за счет предварительного отделения определяемого компонента, так и на стадии получения окрашенного соединения, за счет использования избирательных реагентов.

6. Дистилляционные методы

Дистилляционные методы (методы испарения) разделения и концентрирования основаны на разной летучести матрицы и микрокомпонентов или другими словами на различии в коэффициентах распределения макро- и микрокомпонентов в системах жидкость – пар или твердое вещество – газ (пар). Эти методы применяют при анализе различных объектов, главные их достоинства – простота, доступность, экспрессность, малая поправка на контрольный опыт и относительно большая степень абсолютного концентрирования.

Различают испарение из жидкости (простая отгонка или выпаривание, молекулярная дистилляция, ректификация) и испарение из твердого тела (сублимация). Важное место занимает отгонка в результате химических превращений. К этой группе методов концентрирования можно отнести газовую экстракцию, а также статический и динамический парофазный анализ.

6.1. Испарение из жидкости и твердого тела

В основе всех методов испарения из жидкости лежит различие в давлении паров разделяемых компонентов. Для этих методов характерен процесс парообразования в объеме жидкости, происходящий при температуре и давлении фазового перехода жидкость – пар. Различие в составе жидкость – пар выражают через коэффициент распределения:

D  (x ⁄ 1–x) : (y ⁄ 1–y),

где x и y – мольные доли микрокомпонента в жидкости и паре соответственно. Это выражение составляют таким образом, чтобы величина D была больше единицы.

Коэффициент распределения зависит от природы и состава разделяемой смеси, а также температуры. Суммарное содержание микрокомпонентов, как правило, намного меньше содержания макрокомпонента, поэтому можно считать, что x << 1 и y << 1. Тогда можно допустить, что коэффициент распределения микрокомпонента не зависит от состава смеси и при заданной температуре является величиной постоянной: D  x ⁄ y. Это соотношение отвечает случаю, когда микрокомпонент концентрируется в жидкой фазе. Для обратного случая

D  y ⁄ x.

Простая отгонка (выпаривание). Это один из самых простых, доступных и безреактивных методов абсолютного концентрирования. Метод широко применяют при анализе питьевых, природных и сточных вод, атмосферных осадков, а также в комбинации с другими методами концентрирования.

Простая отгонка – одноступенчатый процесс разделения и концентрирования микрокомпонентов, к которому прибегают, когда коэффициент распределения сравнительно велик. Простую отгонку (выпаривание) чаще всего применяют в тех случаях, когда матрица имеет более высокую летучесть по сравнению с летучестью микрокомпонентов. Отгонку матрицы – растворителя используют при определении микроколичеств элементов и органических соединений в различных типах вод, высокочистых кислотах, органических растворителях. Отгонку микрокомпонентов практически не проводят, поскольку они редко присутствуют в форме более летучих по сравнению с растворителем соединений.

Простую отгонку осуществляют нагреванием анализируемой пробы и упариванием ее до небольшого объема или досуха; полученный концентрат анализируют подходящим методом. Выпаривание может сопровождаться потерями определяемых микрокомпонентов из-за их летучести, механического уноса пробы с газовой фазой и сорбции стенками посуды. Необходимо соблюдать определенные меры предосторожности. Для уменьшения потерь микрокомпонентов, а также облегчения последующего растворения или сбора концентрата к раствору пробы добавляют небольшие количества растворителей с более высокими температурами кипения или графитовый коллектор.

Растворы веществ с низкой летучестью иногда выпаривают досуха; операцию проводят при возможно более низкой температуре с помощью инфракрасной лампы, расположенной сверху. При этом в качестве сосудов для упаривания лучше всего применять небольшие конические колбы. Для уменьшения потерь рекомендуют выпаривать только низкотемпературные растворители (дихлорэтан, метиленхлорид, метанол, гексан и др.); иногда к ним добавляют растворители с более высокой температурой кипения (0,5 – 1%), которые смачивают стенки сосуда и способствуют удержанию микрокомпонентов в растворе. Для интенсификации процесса испарения применяют роторные испарители.

Выпаривание часто комбинируют с другими методами концентрирования, например экстракцией или сорбцией. Необходимость выпаривания раствора с целью уменьшения его объема и увеличения эффективности концентрирования практически всегда возникает при определении различных органических соединений. В этом случае кроме перечисленных выше потерь определяемых микрокомпонентов возможны потери вследствие разложения органических веществ или превращения их в другие соединения. Если микрокомпоненты при нагревании разлагаются, прибегают к вакуум-отгонке и молекулярной дистилляции. Для устранения потерь вследствие окисления отгонку проводят в токе инертного газа.

Молекулярная дистилляция. Для веществ, обладающих низкой термической устойчивостью, испарение проводят при пониженном давлении. Разделение веществ при остаточном давлении 1, 3 – 1,8 кПа называют молекулярной дистилляцией или дистилляцией в высоком вакууме. При молекулярной дистилляции поверхности испарения и конденсации расположены на расстоянии, меньшем длины свободного пробега молекул разделяемых веществ (20 – 30 мм). Перенос вещества включает диффузию молекул более летучего компонента из глубины слоя жидкости к поверхности испарения, испарение молекул с поверхности, переход молекулы с поверхности испарения на поверхность конденсации и наконец конденсацию молекул на прверхности. Метод применим для разделения высокомолекулярных и термически нестойких органических веществ.

Ректификация – многоступенчатый процесс разделения, который осуществляют в ректификационных колонках различных конструкций. С помощью этого метода разделяют компоненты с весьма близкими свойствами, когда коэффициенты распределения различаются незначительно (D  1,001 – 1,005). Ректификацию широко применяют для технологического либо препаративного разделения разнообразных смесей органической и неорганической природы, а также изотопов, в химическом анализе этот метод применяют редко.

Перегонка с водяным паром (совместная дистилляция). Давление пара смеси двух несмешивающихся растворителей равно сумме давлений паров соответствующих чистых растворителей, поэтому температура кипения такой смеси ниже температуры кипения самого летучего из компонентов. Этот принцип лежит в основе полезного метода разделения – совместной дистилляции (кодистилляции).

Характеристики

Список файлов книги