Практическое применение кондуктометрического метода анализа

Кондуктометрические методы анализа применяют для определения влажности биообъектов, содержания солей в воде и почве, контроля производства удобрений, при контроле качества вин, соков и других напитков, изучении динамики поступления питательных веществ к корневой системе растений и т.д.

При кондуктометрическом методе определения влажности принцип действия различных влагомеров основан на измерении электрической проводимости растворов. Такие приборы наиболее часто используют для определения влажности зерна. Пробу зерна в измельченном виде помещают в специальный сосуд между двумя электродами и измеряют ее сопротивление. Чем больше влаги содержится в зерне, тем больше его электрическая проводимость. Шкала прибора градуирована в массовых долях (процентах влажности) для каждого вида зерна. Для разных видов сельскохозяйственных культур (пшеница, рожь, кукуруза, ячмень и др.) применяют сменные шкалы. Этот метод отличается не только быстрой работой, но и довольно высокой точностью.

Влажность почвы определяют при введении специальной штанги с электродами на заданную глубину. Недостаток этого метода заключается в том, что для каждого вида почв нужно строить отдельную шкалу зависимости влажности от электрической проводимости. Кроме того, на точность определения влажности влияет засоленность почвы.

Степень засоленности почвы часто является решающим фактором при освоении новых земель и выборе наиболее рациональных методов орошения.

Определение солесодержания в настоящее время проводят по величине электропроводности почвенной вытяжки. Приборы, с помощью которых производят определение солей, в лабораторных и полевых условиях, получили название солемеров.

Как известно кондуктометрическим методом измеряют удельную электропроводность , которая зависит не только от концентрации соли, но и от степени ее диссоциации и скорости движения ионов в электрическом поле, т.е.:

= СαF (И_к + И_а),

где С – концентрация соли, г-экв/л;

α – степень ее диссоциации (кажущаяся);

F – число Фарадея;

И_к и И_а – скорость движения катионов и анионов при напряжении электрического поля 1 в/см.

Это уравнение можно использовать для определения солесодержания, но оно пригодно при известных значениях α, И_к и И_а. Используя уравнение Аррениуса, получим:

= Сλ,

где α – эквивалентная электропроводность раствора.

Водные вытяжки из почв содержат различные соли в довольно сложных сочетаниях, поэтому прямое использование эквивалентных электропроводностей становится невозможно. Наиболее правильно проводить эмпирическую градуировку солемеров в пределах одной почвенной зоны с примерно одинаковым составом солей.

Тема 4. Хроматография

Хроматографический метод анализа был предложен в 1903 г. русским ученым М.С. Цветом.

Хроматографический метод является физико-химическим методом разделения компонентов сложных смесей газов, паров, жидкостей или растворенных веществ и основан на использовании сорбционных процессов в динамических условиях. В простейшем виде эти условия осуществляются при прохождении раствора, содержащего разделяемые вещества. Через колонку со слоем сорбента. Вследствие различной сорбируемости компонентов смеси происходит их разделение по длине колонки за счет многократного повторения элементарных актов сорбции и десорбции.

В хроматографическом методе применяются следующие способы выполнения анализа: фронтальный, вытеснительный, элюентный.

При фронтальном анализе исследуемую смесь непрерывно подают в верхнюю часть колонки. При анализе двухкомпонентной системы, содержащей вещества А и В, первым из колонки вытекает чистый растворитель, затем, после насыщения сорбента менее сорбирующимся веществом В, из колонки вытекает раствор, содержащий компонент В, когда же сорбент насытится веществом А, в приемник начинают поступать два компонента раствора: А и В, т.е. исходный раствор. В случае многокомпонентной системы исходящая концентрация раствора, вытекающего из колонки, будет достигнута только после полного насыщения сорбента всеми компонентами смеси.

При фронтальном анализе только наименее сорбируемое вещество может быть получено в чистом виде. Полного разделения исследуемой смеси на составные компоненты не достигается.

При вытеснительном анализе в колонку вводят порцию раствора смеси веществ А и В (или многокомпонентной смеси) и с помощью сильнее сорбирующегося вещества Д вытесняют ранее сорбированные компоненты А и В. Вытеснение сорбированных веществ или ионов из сорбента происходит в соответствии с их избирательной сорбируемостью. Введенное вещество Д вытесняет компонент А, который, в свою очередь, вытесняет наименее сорбируемый компонент В. Происходит перемещение веществ А и В вдоль слоя сорбента со скоростью равной скорости движения вытеснителя Д. При вытеснительном анализе можно получить в чистом виде оба компонента. Первой из колонки вытекает фракция, содержащая наименее сорбируемый компонент В, затем фракция, содержащая компонент А. Между зоной первого и последующего компонента может образоваться промежуточная зона, содержащая смесь двух соседних компонентов.

Полнота разделения зависит от условий проведения анализа.

При элюентном анализе в колонку вводят порцию исследуемого раствора смеси компонентов А, В, С и т.д. и получают хроматограмму, где положение компонентов смеси вдоль колонки в перекрывающихся зонах соответствует их сорбируемости, например А > В > С. Нижняя зона хроматограммы содержит чистое вещество С. Сорбент промывают чистым растворителем. В результате компоненты смеси, вытесняя друг друга, перемещаются вдоль колонки. Вначале собирают компонент С, затем В и А.

В ряде случаев разделение веществ может происходить в результате нескольких одновременно действующих механизмов. Это приводит к образованию хроматограмм смешанного типа, однако один из процессов всегда является доминирующим.

Простота, эффективность и универсальность хроматографического метода обусловили широкое применение хроматографии для решения различных вопросов органической и неорганической химии, в биологии, медицине, физике и многих других направлениях, в лабораторных и производственных условиях.

В настоящее время хроматографический анализ позволяет решать следующие задачи:

• разделение сложных смесей органических и неорганических веществ на отдельные компоненты; разделение и выделение растительных и животных пигментов; обогащение изотопов, редкоземельных и других веществ;

• очистка веществ от примесей;

• концентрирование веществ из сильно разбавленных растворов;

• определение молекулярной структуры некоторых соединений путем установления связи между сорбируемостью и строением данного вещества;

• определение качественного и количественного состава смесей веществ.

В зависимости от цели проведения хроматографического процесса различают аналитическую, препаративную и промышленную хроматографии.

Аналитическая хроматография применяется для определения качественного и количественного состава анализируемых веществ.

Препаративная хроматография – для выделения вещества в чистом виде и сложных смесей в лабораторных условиях или в производственных (промышленная хроматография).