Количественные характеристики процессов разделения и концентрирования
При установившемся межфазном равновесии химические потенциалы вещества Х, распределяемого между двумя фазами, равны, а отношение активностей Х в этих фазах - постоянная величина, которую называют константой распределения:
КD = 
(1)
Если в одной из фаз вещество Х находится в нескольких переходящих друг в друга формах, (например, отличающихся по протонированности, закомплексованности или степени окисления), то извлечение каждой из них в новую фазу следует характеризовать своей константой распределения. Такие константы можно вычислить методами химической термодинамики. Для многих межфазных равновесий они определены опытным путем, значения КD можно найти в справочниках. Они не зависят от начальной концентрации Х и не меняются в присутствии посторонних веществ. Чем больше КD, тем лучше извлекается Х в новую фазу.
Отношение суммарных концентраций всех равновесных форм Х - приблизительно постоянная величина, называемая коэффициентом распределения[1]:
D = 
(2)
В
формуле (2) символом 
2 обозначена
суммарная концентрация всех форм Х в
новой фазе, а символом
1 -
суммарная концентрация всех форм Х в
исходной фазе (при установившемся
межфазном равновесии). Величину D определяют
опытным путем, разделяя фазы и измеряя
в них концентрации Х.
Значения КD и D взаимосвязаны.
Если вещество Х может находиться только
в одной форме, тогда КD ≈ D.
Коэффициенты распределения (как и
константы распределения), зависят от
природы Х, природы фаз и температуры.
Кроме того, значения коэффициентов
распределения могут зависеть от
присутствия посторонних веществ, а
также от других факторов. Именно это
отличает D от КD. Фактически D –
это условная
константа экстракционного
равновесия.
Коэффициенты распределения имеют большее практическое значение, чем константы. В частности, зная эти коэффициенты, аналитик может предвидеть полноту извлечения разных компонентов пробы, возможность их разделения в заданных условиях, и т.п. В ходе таких расчетов используют следующие характеристики:
Степень извлечения (R) - отношение количества вещества Х, перешедшего в новую фазу (далее обозначается как νX2), к исходному количеству Х (νX0). Вместо отношения числа молей можно взять отношение масс:
R = 
(3)
Проводя разделение и концентрирование, стремятся, чтобы величина R для определяемого компонента была бы как можно ближе к 1. Разность (1 – R) характеризует потери Х в ходе пробоподготовки. Отметим, что безразмерную величину R выражают и в процентах.
Коэффициент разделения (χ) двух компонентов пробы (Х и X*) позволяет заранее оценить возможность их разделения по данной методике. Величина χ равна отношению коэффициентов распределения: χ = Dх / Dх* . Чем сильнее отличается χ от единицы, тем лучше будет идти процесс разделения Х и X* . Однако при этом должно выполняться и дополнительное условие: произведение Dх.Dх* должно быть по возможности ближе к единице. Так, если Dх = 103, а Dх* = 10-3 , коэффициент разделения χ =106. Тогда Х извлекается, а Х* практически не извлекается. Если же Dх = 109, а Dх* = 103, коэффициент разделения имеет ту же величину, что и в предыдущем случае, но извлекаются оба компонента, разделения нет.
Коэффициент концентрирования (N) равен отношению концентрации Х в новой фазе (в концентрате) к исходной концентрации Х в пробе. Если потерь Х в ходе его извлечения не было, то коэффициент концентрирования приблизительно равен отношению объема пробы (V1) к объему концентрата (V2), или отношению соответствующих масс:
N = 
(4)