Методы разделения и концентрирования. Экстракция. Ионный обмен. Хроматография

Понятие, общая характеристика и классификация методов разделения и концентрирования. Сущность экстракции, ее количественные характеристики. Понятие и механизм ионного обмена. Хроматография: сущность и теоретические основы метода, классификация методов. Способы проведения хроматографического анализа. Понятие об отдельных видах хроматографии.

Методы разделения и концентрирования

5.1. Общая характеристика методов разделения

Пусть имеется однофазная система I, образованная двумя ком­понентами Mi и Мг, причем компонент M₁ мешает обнаружению компонента М₂. Разделение M₁ и М₂ можно осуществить превра­щением системы I в двухфазную систему II физическими и физи­ко-химическими (табл. 5.1) или химическими (табл. 5.2) мето­дами.

Таблица 5.1.

Физические и физико-химические методы разделения на фазы

Метод разделения	Фаза 1	Фаза 2	Способ разделения фаз
Кристаллизация Выпаривание Дистилляция Экстракция Сорбционные методы Ионообменная хроматография	Твердое тело (M1) Твердое тело (M1) Жидкость (M1 или М2) Жидкость 1 (M1 ) Твердое тело (M1 ) Жидкость (M1) Жидкость (M1 )	Жидкость (М2) Газ (М2) Газ или жидкость (M1 или М2) Жидкость 2 (М2 ) Жидкость (М2 ) Твердое тело (М2 ) Твердое тело (М2 )	Фильтрование Разделение осу­ществляется в ходе процесса То же Сливание нижнего слоя (более тяжелой жидкости) Фильтрование Разделение осу­ществляется в ходе процесса То же

1) При физических и физико-химических методах разделения ис­ходную фазу 1 системы I приводят в соприкосновение с другой фазой 2, не смешивающейся с первой (обычно фаза 1 — жидкость). Для достижения равновесия обе фазы тщательно смешивают, повторяя эту операцию несколько раз. Один или несколько компо­нентов системы I при этом переходят в фазу 2. В процессе разде­ления стараются добиться, чтобы определяемый компонент М₂ полностью остался в фазе 1 (или перешел в фазу 2), в то время как M₁ перешел в фазу 2 (или соответственно остался в фазе 1), т. е. чтобы они оказались в разных фазах. В методах кристалли­зации и выпаривания лучше, если М₂ будет находиться в твердой фазе, поскольку пары при выпаривании обычно не улавливают (т. е. газообразную фазу отбрасывают), а кристаллизацию чаще всего используют именно для получения вещества, свободного от примесей. Компонент M₂ определяют непосредственно в той фазе, куда он перешел, или после механического разделения фаз.

2) В химических способах разделения в систему I вводят вспомо­гательный реагент. В результате протекания химической реакции (осаждения, комплексообразования или окисления — восстановле­ния) образуется фаза 2 (осадок или газ). На схеме 1 показаны общие принципы разделения на фазы.

Таблица 5.2. Разделение на фазы химическими методами

Реакции, лежащие в основе метода*	Фаза 1	Фаза 2	Способ разделения фаз
Осаждение Окисление — восстановление+осаждение Образование лету­чего соединения	Осадок M1 Осадок М2 Осадок восстанов­ленного или окислен­ного M1 Осадок восстанов­ленного или окислен­ного М2 Раствор или осадок M1 Раствор или осадок М2	Раствор М2 Раствор M1 Раствор М2 Раствор M1 Газ М2 Газ M1	Фильтрование, центрифугирова­ние Фильтрование, центрифугирова­ние То же Отгонка с улавливанием паров То же

* Реакцию комплексообразования широко используют в экстракционных методах.

Нами будут рассмотрены следующие методы разделе­ния:

• осаждение,

• экстракция,

• адсорбция,

• ионный обмен.