Лекция №6

Хроматографические методы

Под хроматографией понимают метод разделения веществ, основанный на их распределении между подвижной и неподвижной фазами. В качественном анализе для разделения и обнаружения катионов и анионов часто используют плоскостную хроматографию (бумажную и тонкослойную) и ионный обмен в колонках. Достоинство плоскостных вариантов хроматографии- простота, экспрессивность, наглядность разделения, простота обнаружения хроматографических зон, возможность анализировать микрообъекты (малые количества веществ).

Ионный обмен в колонках используют для отделения катионов от анионов в объектах (смесях) сложного свойства.

Бумажная хроматография

В методе бумажной хроматографии разделение веществ происходит вследствие распределения их между водной фазой, содержащейся в целлюлозе, и любой другой подвижной фазой. В качестве подвижной фазы применяют органические растворители, смешивающиеся или несмешивающиеся с водой, воду или растворы электролитов. Механизм хроматографического разделения на бумаге сложен. В стационарной фазе вещество может удерживаться не только из-за растворения в адсорбированной бумагой воде, но и адсорбироваться бумагой.

Для оценки хроматографического поведения веществ в определенных условиях используют величину , которая равна отношению расстояния l, пройденного веществом к расстоянию, пройденному растворителем, L:

Ионный обмен

Ионный обмен заключается в том, что некоторые вещества при погружении в раствор электролита поглощают из него катионы или анионы, выделяя в раствор эквивалентное число других ионов с зарядом того же знака. Между катионообменником и раствором происходит обмен катионов, между анионообменником и раствором- обмен анионов. К природным ионообменникам относятся глины и цеониты. Синтетические ионообменники представляют собой высокомолекулярные материалы. Почти все они имеют в качестве основы матрицу из сшитого полистирола. В качестве сшивающего реагента обычно применяют дивинилбензол (ДВБ). В матрице закреплены ионогенные группы- у катионообменников кислотного характера ( ), у анионообменников основного характера ( и др.)

Свойства ионообменника зависят от трех основных факторов:

• Природы ионогенных групп;

• Степень сшивания, характеризуемой процентом ДВБ;

• Числа фиксированных ионов на один грамм ионообменника в данной ионной форме

Если матрицу с фиксированным ионом обозначить R, обратимый процесс обмена противоионов на ионы раствора можно записать в виде реакций:

Экспериментально установлено, что для ионов одинакового заряда разная сорбция обусловлена размером гидратированного иона, например

Ионообменник преимущественно сорбирует ион с наибольшим зарядом, если раствор разбавлен, и с наименьшим зарядом, если раствор имеет высокую концентрацию.

Современные представления о ионообменной селективности заключаются в следующем. Ионообменник рассматривают как концентрированный раствор

электролита. От обычного концентрированного раствора водный раствор отличается тем, что ионы одного типа неподвижно закреплены на матрице ионообменника, и матрица изменяет структуру воды внутри ионообменника. Селективность ионного обмена определяется относительным сродством обменивающихся ионов к каждой фазе – ионообменника и раствора. Сильное взаимодействие одного из ионов с фиксированными группами ионообменника не гарантирует высокой селективности ионообменника по отношению к этому иону, потому что данный ион может столь же сильно взаимодействовать с ионами или молекулами воды в растворе.

Таким образом, селективность ионообменников определяется рядом конкурирующих реакций обменивающихся противоионами – их взаимодействием с фиксированными ионами ионообменника, ионами в растворе и молекулами растворителя в обеих фазах.

Явление селективности ионообменников можно использовать в качественном анализе:

• Для разделения и обнаружения окрашенных катионов в растворе.

• Для отделения мешающих анализу анионов

( и др.)

• Для отделения катионов тяжелых металлов от анионов для определения анионов в растворе.