0. Ионообменная хроматография в количественном анализе

Ионообменная хроматография не является самостоятельным методом количественного анализа. Ее используют лишь как вспомогательный метод, то есть метод разделения и выделения веществ, предшествующих их количественному определению. Ионообменную хроматографию используют в самых различных целях.

1. Определение концентрации солей в растворах электролитов

2. Разделение ионов путем выделения одного из них (или группы ионов) и смеси.

3. Концентрирование веществ из сильно разбавленных растворов.

4. Проведение процессов окисления и восстановления на колонке.

5. Удаление из растворов, мешающих выполнению анализа.

Выделенные компоненты определяют обычными химическими, физическими и физико–химическими методами. Хроматографическое разделение на ионообменивающихся сорбентах широко используют в практике количественного анализа. Нередки случаи, когда количественное определение веществ без их предварительного хроматографического разделения не выполнимо. Применение хроматографии для разделения смесей во много раз ускоряет процессы анализа, уменьшает потери веществ.

Процесс количественного анализа с применением ионитов состоит из нескольких ступеней:

1. Подготовка катионита и анионита;

2. Снаряжение колонки;

3. Промывание колонки с ионитом до нейтральной реакции по индикатору;

4. Пропускание анализируемого раствора через колонку и собирание фильтрата;

5. Анализ (титрование) собранного раствора;

6. Расчет анализа;

7. Регенерация зерен анионитов в колонке.

Подготовка катионита и анионита для снаряжения колонки

Навеску катионита 5 –10 г промывают 2 – 3 раза дистиллированной водой для освобождения от пылевидных частиц и помещают в химический стакан на 250 мл, после чего заливают 0,1 –1,0 н соляной кислотой, чаще всего 3%-ным раствором, и оставляют набухать в растворе кислоты на 6-12 часов при комнатной температуре. Стакан закрывают часовым стеклом. Этим путем катионит превращается в Н – форму катионита (водородную форму). Подготовленным таким образом катионитом наполняют затем колонки на 2/3 их общей высоты.

При подготовке анионита для снаряжения колонки методика работы так же, что и для катионита, но вместо соляной кислоты зерна анионита замачивают в растворе карбоната натрия или щелочи. Рекомендуется настаивать навеску зерен анионита 3 – 4 часа в делительной воронке с раствором соды или щелочи, сначала с их 5%-ным раствором, затем с 10%-ным раствором. Настаивание повторяют до исчезновения реакции раствора на хлорид – ион с нитратом серебра, подкисленным азотной кислотой. После этого промывают водой в той же делительной воронке до слабощелочной реакции по индикатору нейтральный красный или бромтимоловый синий.

Подготовленные зерна ионита рекомендуется хранить в склянке с притертой пробкой под слоем дистиллированной воды, пробку рекомендуется заливать парафином.

Снаряжение колонки

Хроматографическая колонка представляет собой стеклянную трубку типа бюретки общей длиной 30 см и с поперечным сечением (внутренним) в 1 см. В верхней части трубки имеем расширение длиной 3 см, с поперечным сечением 2 см, представляющее воронку для наполнения колонки раствором. Длина цилиндрической части колонки 22 см. В нижней части трубки, на высоте 0,5 см от нижнего сужения трубки, впаяна пористая стеклянная пластинка – фильтр №1. Вместо этой пластинки в трубку можно помещать тампон из обычной или стеклянной ваты. Ниже фильтра просвет трубки сужается до 0,5 см и к трубке припаян, как у бюретки, стеклянный кран.

Хроматографическую колонку укрепляют в лапке штатива в вертикальном положении. Стеклянный кран закрывают и трубку наполняют на ¾ дистиллированной водой. Навеску набухшего ионита смывают по стеклянной палочке дистиллированной водой в хроматографическую трубку, одновременно открывая стеклянный кран. Нужно строго следить, чтобы между зернами ионита в колонке не задерживались пузырьки воздуха (оставшиеся пузырьки воздуха можно удалить, пропуская через колонку ионита сильную струю воды снизу вверх). Когда слой зерен ионита достигнет высоты 8 – 12 см, закрывают стеклянный кран и сверх колонки ионита помнщают ватный тампон, чтобы не всплыли зерна ионита. Над ватным тампоном должен всегда находиться слой жидкости в 1 см.

Промывание колонки с ионитом до нейтральной реакции по индикатору

Если колонку наполняют свежеприготовленной Н – формой катионита, то отмывание зерен ионита до нейтральной реакции можно производить непосредственно в хроматографической колонке. Необходимо наблюдать, чтобы зерна ионита при выпускании раствора через кран все время находились под слоем жидкости и их поверхность не соприкасалась с воздухом. Отмывание колонки ионита до нейтральной реакции фильтрата производят дистиллированной водой по индикатору нейтральный красный или бромтимоловый синий. При работе с колонкой скорость вытекания раствора из крана должна быть отрегулирована от 2,5 до 3,0 мл/мин.

Пропускание анализируемого раствора через колонку и собирание фильтрата

Анализируемый раствор соли алкалоида, азотсодержащих органических оснований, солей органических или неорганических кислот должен содержать от 0,05 до 0,2 граммов соли на 10 мл раствора. Навеску берут точно до четвертого знака после запятой. Необходимо приготовить 50 – 100 мл анализируемого раствора. Порцию в 5 – 10 мл точно отмеривают из бюретки непосредственно в хроматографическую трубку с открытым стеклянным краном и поддерживают скорость вытекания жидкости из колонки 2 – 3 капли в секунду, собирая вытекающую жидкость в коническую колбу на 250 мл. Затем промывают колонку в ту же колбу дистиллированной водой до нейтральной реакции по индикатору. В собранном фильтрате определяют образовавшуюся кислоту.

Анализ (титрование) собранного раствора

Фильтрат титруют 0,1 н раствором щелочи, выбирая индикатор в зависимости от рК выделившейся кислоты.

Во многих случаях титруют с индикатором метиловый оранжевый или фенолфталеином.

Расчет анализа

1 г-экв анализируемой соли равен ее молекулярному весу, деленному на основность кислоты, выделившейся в процессе ионного обмена.

Пример расчета.

% соли = (b k Т 100) / a,

где b – количество 0,1 н раствора едкого натра, затраченного на нейтрализацию выделившейся кислоты, в мл;

k – поправка на нормальность;

Т – титр раствора щелочи;

а - навеска соли.

Регенерация зерен ионита в колонке

Особенностью ионита является возможность многократной регенерации, восстанавливающей их ионообменную способность.

Регенерацию катионита производят медленно, пропуская через колонку 3% соляной кислоту в количестве 30 – 40 мл. После этого колонку промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции по индикатору. Для регенерации анионита через колонку медленно пропускают 4% раствор карбоната натрия, затем промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции по индикатору.