МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт

природных ресурсов

«Технология нефтегазохимии и полимерных материалов»

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

Вариант 4

по дисциплине:

Физико-химические методы анализа

Исполнитель:
студент группы	3-2Д11		Зыбина Д. А.
Руководитель:
преподаватель			Петрова Е. В.

Томск

2024

Вопрос 1 Количественные характеристики разделения и концентрирования. Ответ

Разделение – операция отделения определяемого и мешающего компонентов, если их содержания сопоставимы. Концентрирование – операция, в результате которой повышается отношение концентраций микро- и макрокомпонентов.

Коэффициент распределения D характеризует полноту извлечения микрокомпонента из анализируемой массы. Определяется отношением концентрации определяемого компонента в фазе 1, к концентрации определяемого компонента в фазе 2.

Степень извлечения R – доля вещества, выделенная в другую фазу.

Коэффициент разделения KA/B – отношение коэффициентов распределения двух компонентов.

Условия оптимального разделения: 1) K_A/B >> 1; 2) D_A · D_B ≈ 1. Наглядно роль двух условий представлена в таблице. Так если D_A = 10⁶ , D_B = 10² , то оба компонента перейдут практически полностью в другую фазу и разделения не будет. Для разделения важно, чтобы было выполнено условие D_A ·D_B = 1. Если D_A = 10² , а D_B = 10⁻², то один из компонентов практически полностью перейдет в другую фазу, а другой компонент практически полностью останется в исходной фазе.

Коэффициент концентрирования – отношение отношений количеств компонентов в новой фазе к отношению их количеств в начальных условиях в исходной фазе.

Выбор метода разделения и концентрирования определяется:

• поставленная задача (что нужно выделить и зачем нужно выделить)

• метод определения или обнаружения, который будет использован после разделения и концентрирования

• природа анализируемого объекта

• число и природа выделяемых компонентов

• простота и доступность метода

• экспрессность

• цена;

• безопасность работы

• возможность автоматизации

Вопрос 2 Тонкослойная хроматография. Как проводится качественный анализ этим методом? Ответ

Тонкослойная хроматография (ТСХ, TLC) - один из наиболее используемых методов хроматографического анализа, но наименее популяризируемый.

Несмотря на существовавшие до недавнего времени существенные недостатки, она широко используется для качественного анализа смесей, в основном, за счет дешевизны и скорости получения результатов.

Основой тонкослойной хроматографии является адсорбционный метод, хотя также встречается метод распределительной хроматографии.

Адсорбционный метод основан на различии степени сорбции-десорбции разделяемых компонентов на неподвижной фазе. Адсорбция осуществляется за счет ван-дер-вальсовских сил, являющейся основой физической адсорбции, полимолекулярной (образование нескольких слоев адсорбата на поверхности адсорбента) и хемосорбцией (химического взаимодействия адсорбента и адсорбата).

Для эффективных процессов сорбции-десорбции необходима большая площадь, что предъявляет определенные требования к адсорбенту. При большой поверхности разделения фаз происходит быстрое установление равновесия между фазами компонентов смеси и эффективное разделение.

Наиболее распространенным сорбентом является силикагель. Силикагель - гидратированная кремниевая кислота, образующаяся при действии минеральных кислот на силикат натрия и сушкой образовавшегося золя. После размалывания золя используют фракцию определенной зернистости (указанную на пластинке, обычно 5-20 мкм).

Силикагель является полярным сорбентом, у которого в качестве активных центров служит группы -ОН. Он легко сорбирует на поверхности воду и образует водородные связи.

Окись алюминия. Окись алюминия является слабо основным адсорбентом и используется в основном для разделения соединений слабоосновного и нейтрального характера. Недостатком пластин на окиси алюминия является обязательная активация поверхности перед использованием в сушильном шкафу при высокой температуре (100-150 ^oС) и низкая, по сравнению с силикагелем адсорбционная емкость слоя.

Количество компонента в хроматографической зоне определяют непосредственно на слое сорбента по площади зоны (обычно ее диаметр варьирует от 3 до 10 мм) или интенсивности ее окраски (флуоресценции). Используют также автоматические сканирующие приборы, измеряющие поглощение, пропускание или отражение света, либо радиоактивность хроматографических зон. Разделенные зоны можно соскоблить с пластинки вместе со слоем сорбента, экстрагировать компонент в растворитель и анализировать раствор подходящим методом (спектрофотометрия, люминесцентный, атомно-абсорбционный, атомно-флуоресцентный, радиометрический анализ, масс-спектрометрия и т.д.). Погрешность количественного определения обычно составляет 5-10%; пределы обнаружения веществ в границах 10^-3 – 10^-2 мкг (по окрашенным производным) и 10^-10 – 10^-9 мкг (с применением люминесцентного анализа).

Вопрос 3. На колонке длиной 3 м расстояние удерживания одного из компонентов равно 20 мм, а полуширина хроматографического пика этого компонента – 4 мм. Рассчитать: а) число теоретических тарелок; б) высоту, эквивалентную теоретической тарелке.

Решение

На колонке длиной 3 м расстояние удерживания одного из компонентов равно 20 мм, а полуширина хроматографического пика этого компонента – 4 мм.

Число теоретических тарелок характеризует число ступеней установления равновесия распределения вещества между подвижной и неподвижной фазами, и описывается уравнением:

n = 16⋅(l_R / b₀)² = 5,54⋅(l_R / b_0,5)² , где l_R − расстояние удерживания, мм; b₀ и b_0,5 − ширина пика у основания, и на половине его высоты соответственно, мм.

Число теоретических тарелок составит:

Вычислим высоту, эквивалентную теоретической тарелке:

ВЭТТ (Н) = L / n ,

ВЭТТ (Н) = 3000 мм / 139 = 21,7 мм

ВЭТТ (Н) = 21,7 мм

Ответ: n = 139, ВЭТТ (Н) = 21,7 мм.

Вопрос 4. Сколько никеля останется в растворе, если через колонку, заполненную 10 г катионита, пропустили 500 мл 0,0500 н раствора NiSO₄? Полная динамическая обменная емкость катионита в данных условиях равна 1,4 мэкв/г.

Решение

Согласно условия задания через колонку, заполненную 10 г катионита, пропустили 500 мл 0,0500 н раствора NiSO₄.

Тогда сульфата никеля в 0,5 л раствора будет: 0,05 н * 0,5 = 0,025 н.

Полная динамическая обменная емкость катионита в данных условиях равна 1,4 мэкв/г. А катионита в колонке у нас есть 10 г, тогда поглотится: 10 г * 0,0014 экв/г = 0,014 экв.

И можно сделать вывод, что в растворе останется сульфата никеля: 0,025 – 0,014 = 0,011 экв.

Если учитывать, что объем раствора равен 0,5 л, то концентрация сульфата никеля составит:

С = 0,011 экв / 0,5 л = 0,022 экв/л = 22 мэкв/л.

Ответ: останентся 0,011 экв или 11 мэкв.