Методы разделения элементов

Большинство методов разделения основано на распределении вещества между двумя фазами: твердой и жидкой (методы осаждения, соосаждения, кристаллизации, адсорбции, ионного обмена), жидкостью и газом или паром (дистилляция), двумя жидкостями (экстракция), твердым телом и газом (адсорбция, возгонка). Разделение возможно также и в гомогенной среде (диффузия, перенос ионов).

Осаждение и соосаждение как метод разделения и концентрирования элементов

Методы разделения осаждением широко используют для анализа, несмотря на длительность и трудоемкость операций. Осаждение проводят при контролируемом значении рН, с использованием комплексообразования, окисления или восстановления одного из разделяемых ионов, а также с использованием различных растворителей.

Особо следует подчеркнуть значение органических реагентов. Для отделения малых количеств элементов — микроэлементов — эффективен метод со-осаждения. В периодической системе Д. И. Менделеева показаны элементы, соосаждаемые с органическими соосадителями.

Широко используют метод цементации, основанный на вытеснении из соли в растворе менее активного металла более активным:

Цементирующий металл	Выделяемый металл
Mg	Cd, Ni, Pb, Bi, Cu, Hg, Ag
Fe	Co, Ni, Pb, Sb, Bi, Cu
Zn	Sn, Pb, Cu, Hg
Cd	Sn, Pb, Sb, Hg, Ag

Методы определения элементов Атомно-абсорбционная спектрометрия (aac)

ААС - метод элементного анализа, основанный на измерении селективного поглощения оптического излучения определенной длины волны нейтральными атомами определяемого элемента. Это один из самых точных и производительных физико-химических методов анализа жидких проб различного происхождения.

Атомно-абсорбционный спектрометр должен иметь следующие основные узлы:

• селективный источник излучения определяемого элемента;

• атомизатор – устройство для перевода исходной пробы в аналитически активную форму - пар, состоящий из нейтральных атомов. В качестве универсальных атомизаторов используют газовое пламя и электротермически нагреваемую кювету. Некоторые элементы определяют в кварцевой кювете методом летучих гидридов (мышьяк, селен, сурьма) или холодного пара (ртуть);

• монохроматор для выделения аналитической линии определяемого элемента;

• фотоприемник для преобразования светового сигнала на выходе монохроматора в электрический

• электронную систему для усиления и обработки сигнала;

Управление современными приборами и обработка данных осуществляется с помощью персонального компьютера (ПК). Аналитическим сигналом в ААС является оптическая плотность атомного пара на одной из резонансных линий определяемого элемента, связанная с концентрацией определяемого элемента законом Бугера-Ламберта-Бера.

Метод позволяет определять около 70 элементов.

Достоинства метода:

• Высокая чувствительность и селективность;

• Экономичность;

• Простота и доступность аппаратуры;

• Высокая производительность анализа;

• Наличие большого числа аттестованных аналитических методик.

Плазменная атомно-эмиссионная спектрометрия (ИСП-АЭС)

Многоэлементный метод, пригодный для одновременного определения многих элементов, в то время как в ААС можно опре­делять лишь отдельные элементы. Перспективный метод дляскрининговых биомедицинских и экологических исследований.

Достигаемые пределы обнаружения элементов лежат в интервале между пламенной и графитовой ААС (0,1-100 мкг/л).

К достоинствам данного метода следует отнести: относитель­но малые матричные эффекты, широкий диапазон измерений (1:10000), высокую производительность (значительно выше, чем при использовании ААС).

Недостатки: вероятность появления спектральных помех, перекрывание эмиссионных линий некоторых элементов.

Плазменная масс-спектрометрия (ИСП-МС)

Многоэлементный метод. В последние годы считается наибо­лее перспективным методом для определения микро- и ультрамикроэлементов в биосубстратах. Используется в научно-иссле­довательских и клинических лабораториях.

Достоинства данного метода: чрезвычайно низкие пределы об­наружения (по большинству элементов ниже 0,01 мкг/л) и высо­кая производительность. Относится к специальным методам иссле­дования из-за возможности определения изотопов элементов. Позволяет проводить исследования с искусственно обогащенными устойчивыми изотопами и анализ методом изотопного разбавления.

К недостаткам относятся: высокая стоимость оборудования, повышенные требования к обслуживающему персоналу. Чрезвы­чайно низкие пределы обнаружения должны сочетаться с соот­ветствующими высокими трудозатратами во избежание загряз­нения проб.

Ионная хроматография

Относительно новый метод. При благоприятных условиях пределы обнаружения достигают 1 мкг/л.

Достоинства: совместное определение присутствующих эле­ментов из одной пробы. Прежде всего, это относится к щелочным и щелочноземельным металлам в водных растворах.

Недостатки метода: полная минерализация пробы, малый имеющийся практический опыт применения.

Полярографический метод (инверсионная амперометрия)

Метод определения небольшого числа отдельных или совмес­тно присутствующих элементов, в первую очередь для водных ра­створов.

Достоинства данного метода: незначительные затраты на обо­рудование.

Недостатки: полная минерализация пробы, большая вероят­ность внесения загрязнений за счет реагентов или потерь, дан­ный метод требует большого количества пробы.

Нейтроно-активационный анализ (НАЛ)

Многоэлементный метод. Применяется главным образом в научных исследованиях. Используется при подтверждении ре­зультатов других, более производительных методов, например, для аттестации стандартных образцов и в арбитражном анализе.

К достоинствам относятся: простая пробоподготовка, малый расход пробы, высокая селективность. Пределы обнаружения от­дельных элементов достигают 0,001-1 нг/г, имеет варианты не­разрушающего контроля, не требует контрольного опыта.

Недостатки: дорогостоящее оборудование и расходные мате­риалы, значительные временные затраты. Время от анализа до получения результатов исследования по отдельным элементам может достигать 6 месяцев.

Пламенная фотометрия

Атомно-эмиссионный спектрометрический метод использу­ется для рутинного определения некоторых элементов (напр., Na, К, Li) в пробах хорошо известных объектов, таких как плазма кро­ви или моча. Применяется в клинических лабораториях.

К достоинствам этого метода следует отнести: простоту, про­изводительность, умеренные требования к обслуживанию.

Недостатки: ограниченно пригоден для некоторых элементов, имеет невысокую чувствительность (1-100 мг/л).

Спектрофотометрический метод

Измерение молекулярного поглощения окрашенными комп­лексными соединениями исследуемых элементов с подходящи­ми реагентами, например, с дитизоном.

Достоинства метода: малые затраты на оборудование.

Недостатки: полная минерализация пробы, большая вероят­ность внесения загрязнений (проба, посуда, реагенты), требует большого количества пробы и временных затрат.

Рентгено-флуоресцентная спектрометрия (РФА)

Многоэлементный метод определения основных компонентов. Используют два типа приборов: с дисперсией по длинам волн и энергиям. Применение данного метода в медицине ограничено.

К достоинствам относятся: высокая производительность за счет относительно простой пробоподготовки. Приборы с диспер­сией по энергиям позволяют быстро выполнить качественный и количественный обзорный анализ.

Недостатки: количественное определение содержащихся в пробе элементов ограничено за счет одновременного усиления и ослабления рентгенофлуоресцентного излучения.