Аналитическая химия. Физико-химические методы анализа. Практикум

71

Весовая емкость показывает количество (ммоль) ионов, поглощаемое 1 г ионита. Рассчитываем количество ионов, которое может поглотить 100 г анионита.

nЭКВ(Cl -) = 3,4 · 100 = 340 ммоль = 0,34 моль

Расчеты показывают, что 100 г анионита недостаточно для полного поглощения хлорид-ионов, так как 0,34 моль < 0,5 моль.

ЗАДАЧА 5. Какой объем катионита, объемная емкость которого равна 4,2 ммоль/см3, необходимо взять, чтобы жесткость воды в объеме 5000 см3 снизилась с 7,15 ммоль/дм3 до 3,00 ммоль/дм3?

Решение. Жесткость воды обусловливается наличием ионов кальция и магния. Запишем уравнение ионообменного процесса:

2R-SO3H + Me2+ ' (R-SO3)2Me + 2H+.

Количество ионов, которое должен поглотить ионит, рассчитываем следующим образом:

nЭКВ(Ме) = (С2 - С1) · V Р-РА = (7,15 −3,00) 5000 = 20,75 ммоль 1000

Так как емкость ионита показывает количество ионов, которое может поглотить 1 см3 ионита, то необходимый объем катионита рассчитываем по формуле:

V (кат.)= 204,,752 = 4,9 см3.

Задачи

1. При анализе аминокислотного состава белкового гидролизата методом бумажной хроматографии были получены 3 пятна с площадью S1 = 0,75 см2, S2

= 0,50 см2, S3 = 0,31 см2, Rf1 =0,16, Rf2 =0,13, Rf3 =0,18 см соответственно. При анализе стандартных растворов аминокислот в тех же условиях Rf пятен на хроматограмме составил: для лизина − Rf = 0,18 см; аспаргиновой кислоты − Rf = 0,13 см; α-аланина − Rf = 0,11 см; глутаминовой кислоты − Rf = 0,08 см; серина − Rf = 0,10 см; валина − Rf = 0,16 см. Какой качественный и количественный (в %) аминокислотный состав белкового гидролизата?

Ответ: валина 48,08 %; аспаргиновой кислоты 32,05 %; лизина 19,87 %

2. При анализе содержания свободных аминокислот в мясе извлекают аминокислоты из мясного фарша этиловым спиртом и разделяют на компоненты методом восходящей хроматографии на бумаге. При разделении были полу-

чены 3 пятна с площадью S1 = 0,69 см2, S2 = 0,94 см2, S3 = 0,56 см2, Rf1 =0,10,

72

Rf2 =0,07, Rf3 =0,06 см соответственно. Установите качественный состав аминокислот и количественное содержание каждого компонента, если Rf пятен стандартных растворов глицина, аланина, серина, валина, лизина равны соответст-

венно 0,08; 0,09; 0,07; 0,06; 0,10 см.

Ответ: лизина 31,51 %; серина 42,92 %; валина 25,57 %

3. Для определения свободных кислот в вине отбирают 10,00 см3 вина и титруют раствором NaOH с СЭКВ(NaOH) = 0,1052 моль/дм3. На титрование израсходовано 1,80 см3 раствора NaOH. Для определения солей отбирают 10,00 см3 вина и пропускают через колонку с катионитом в Н+-форме. На титрование элюата израсходовано 1,35 см3 раствора NaOH той же концентрации. Рассчитайте содержание свободных кислот и солей в вине, ммоль/дм3.

Ответ: 14,20 ммоль/дм3; 4,66 ммоль/дм3

4. При анализе стандартных растворов хлорида меди методом тонкослойной хроматографии были получены данные, представленные ниже.

Определите концентрацию ионов меди в сточной воде, если площадь пятна пробы на хроматограмме составила 32,5 мм2.

Ответ: 605 мг/дм3

5. При анализе стандартных водных растворов глюкозы в водном растворе методом нисходящей хроматографии на бумаге получены данные, представленные далее.

Определите концентрацию глюкозы в анализируемой пробе, если площадь пятна составила 37,8 мм2.

Ответ: 12,5 %

6. Рассчитайте суммарное содержание растворимых солей в минеральной воде, в ммоль/дм3, если пропустили 10,00 см3 минеральной воды через колонку с катионитом КУ-2 в Н-форме. На титрование элюата израсходовано 11,80 см3

раствора NaOH с Сэкв(NaOH) = 0,1000 моль/дм3.

Ответ: 118 ммоль/дм3

7. Для определения формальдегида в мелассе методом восходящей одномерной хроматографии в тонком слое взяли 30 г мелассы. Формальдегид пред-

73

варительно экстрагировали хлороформом и упарили экстракт до объема 0,1-0,2 см3. На подготовленную пластинку нанесли экстракт и 0,05 см3 стандартного раствора формальдегида с концентрацией 20 мкг/см3. После проявления площади пятен пробы мелассы и стандартного раствора оказались равными 87,5 и 93,8 мм2 соответственно. Рассчитайте содержание формальдегида (в мкг/г) в анализируемой пробе.

Ответ: 0,031 мкг/г

8.Методом хроматографии на бумаге, пропитанной гексацианоферратом

(II)калия, были получены площади пятен в зависимости от концентрации стан-

дартных растворов меди, представленные ниже.

При анализе творога 50,00 г его озолили, золу растворили в 100 см3 кислоты и пипеткой нанесли на хроматографическую бумагу 0,2 см3 полученного

раствора. После хроматографического разделения определили площадь пятна для гексацианоферрата меди, которая оказалась равной 39,5 мм2.

Рассчитайте содержание меди в твороге в мг/кг.

Ответ: 5 мг/кг

9. Для уменьшения жесткости воды, используемой для приготовления напитков, 80 дм3 воды, жесткость которой равна 18,15 ммоль/дм3, пропустили через слой катионита, масса которого равна 50 г. До какой величины уменьшилась жесткость воды, если весовая емкость катионита была равна 4,3 ммоль/г?

Ответ: до 15,45 ммоль/дм3

10. При анализе этилового спирта в водке методом газовой хроматографии были получены данные, представленные ниже.

Рассчитайте массовую долю спирта в пробе, если для определения 0,02 см3 пробы получили пик с высотой 58 мм, плотность раствора равна 0,995 г/см3.

Ответ: 32,70 %

11. Для определения диоксидифенилметана (ДДМ) в овощах использовали метод тонкослойного хроматографического разделения и количественного определения по площади пятна S. Для стандартных образцов были получены данные, представленные ниже.

75

16. Для определения пестицидов в молоке методом газо-жидкостной хроматографии снята хроматограмма, после обработки которой были получены результаты, представленные ниже.

Сколько мг ГХЦГ, гептахлора и хлорана находится в 1 кг молока, если известно, что общее содержание пестицидов составляет 0,05 мг/кг?

Ответ: 0,02 мг/кг; 0,004 мг/кг; 0,025 мг/кг

17. При определении изолейцина (аминокислоты, входящей в аромат арбузов) методом газо-жидкостной хроматографии получили хроматограммы серии стандартных образцов изолейцина, вырезали хроматографические пики и взвесили их.

Определите содержание изолейцина в мг/кг в арбузах, если масса хроматографического пика исследуемого образца составляет 79 мг.

Ответ: 390 мг/кг

18. Какую массу анионита, весовая емкость которого равна 2,0 ммоль/г, следует взять для того, чтобы снизить содержание анионов в воде с 18,7 ммоль/дм3 до 8,5 ммоль/дм3, если объем воды равен 5,00 дм3?

Ответ: 25,50 г

19. Установлено, что смесь пестицидов в мясных консервах составляет 0,01 мг/кг. Определите содержание гексахлорциклогексана (ГХЦГ) и ДДТ в мг/кг по результатам анализа, выполненном при помощи газовой хроматографии с использованием метода простой нормировки. Результаты обработки хро-

матограммы: площадь пика ГХЦГ составляет 75,0 мм2, площадь пика ДДТ - 201,5 мм2.

Ответ: 0,003 мг/кг; 0,007 мг/кг

20. Для определения хлорэтанола в овощных напитках использован метод газо-жидкостной хроматографии и количественного определения по площади пика. Для стандартных образцов хлорэтанола были получены данные, представленные ниже.

Для анализа взята проба напитка 10,00 г. Площадь пика образца составила 63 мм2. Рассчитайте содержание хлорэтанола в 100 г напитка.

76

Ответ: 22,5 мкг/100 г

21. Присутствие этанола снижает качество кефира. Определение этанола проводили методом газовой хроматографией. Результаты анализа представлены ниже.

Определите содержание этанола в мкг, если площадь пика исследуемого образца составляет 71 мм2.

Ответ: 2,8 мкг

22. Базиликовое эфирное масло, используемое в пищевой промышленности, содержит эвгенол и оцимен, на долю которых приходится 0,7 % от массы сырья. Определите массовую долю компонентов в сырье, используя метод простой нормировки, если результаты обработки хроматограммы базиликового эфирного масла приведены ниже.

Ответ: 0,16 %; 0,54 %

23. Для определения пестицидов в твороге была получена хроматограмма экстракта пестицидов. Результаты обработки хроматограммы приведены ниже.

Сколько мг гептахлора, хлорана и гексахлорциклогексана (ГХЦГ) находится в 1 кг творога, если известно, что общее содержание пестицидов составляет 0,05 мг/кг?

Ответ: 0,0032 мг/кг; 0,025 мг/кг; 0,022 мг/кг

24. При определении альдегидов в пробе коньяка методом газожидкостной хроматографии получены результаты анализа зависимости площади пика стандартных образцов от содержанияальдегидов, представленныениже.

Рассчитайте массовую долю альдегидов в коньяке, если для 0,02 см3его получен пик с площадью 37 мм2; плотность коньяка равна 1,007 г/см3.

Ответ: 0,0041 %

25. Для определения содержания никотина в дыме сигарет сняли хроматограмму стандартных образцов никотина и хроматограммы дыма одной сигареты. Площади хроматографических пиков представлены ниже.

Постройте градуировочный график и определите, соответствует ли содержание никотина в используемом сорте сигарет ГОСТу, если ПДУ = 1,1 мг/сиг, а площадь пика никотина в дыме сигареты равна 128 мм2.

Ответ: не соответствует, т.к. 1,18 > 1,1 мг/сиг

26. Для определения ССl4 в питьевой воде методом газовой хроматографии сняли хроматограммы стандартных образцов, измерили высоту пика и ширину пика на половине высоты. Результаты представлены далее.

Рассчитайте содержание ССl4 в воде, если высота пика хроматограммы исследуемого образца воды составляет 20 мм, μ0,5 = 2,2 мм.

Ответ: 55 мкг/100 см3

27. Рассчитайте массовую долю летучих карбоновых кислот в анализируемой пробе методом нормировки по данным, полученным с помощью газовой хроматографии.

Ответ: 34,87 %; 13,14 %; 11,22 %; 32,18 %; 8,60 %

78

28. При определении триптофана (аминокислоты, входящей в аромат огурцов) использовали метод газо-жидкостной хроматографии. Сняли хроматограммы стандартных образцов триптофана, вырезали хроматографические пики и взвесили их, полученные результаты представлены ниже.

Определите содержание триптофана в партии грунтовых огурцов в мг/100г, еслимасса хроматографического пика исследуемого образца составляла 73 мг.

Ответ: 3,7 мг/100 г

29. Для определения аллилпропилсульфида (основного эфирного масла лука) в новом сорте лука методом газо-жидкостной хроматографии приготовили серию образцов, содержащих аллилпропилсульфид, и сняли хроматограммы. Измерили высоты пиков хроматограмм и ширину пика на половине высоты. Полученные данные представлены ниже.

Определите содержание аллилпропилсульфида в луке, если хроматограмма, снятая втехжеусловиях, имеетвысотупика, равную15 ммиширину- 2,0 ммнаполовинепика.

Ответ: 71 мг/100 г

30. Для определения кофеина в зернах кофе с помощью газо-жидкостной хроматографии получили хроматограммы стандартных образцов кофеина и кофеина, извлеченного из зерен кофе. Определили высоту пиков хроматограмм стандартных образцов кофеина и пробы. Полученные данные представлены ниже.

Определите массовую долю кофеина в зернах кофе, если масса пробы составляла 0,1 г, а высота пика - 31 мм.

Ответ: 2,75 %

79

Индивидуальные задания

Вариант № 1

1.Хроматографические методы анализа обычно классифицируют по агрегатному состоянию фаз, механизму разделения, форме проведения процесса. Какие из приведенных методов относятся к газо-жидкостной хроматографии:

а) адсорбционная хроматография; б) гелевая; в) ионообменная;

г) распределительная; д) бумажная?

2.Какие неподвижные фазы применяются в газо-адсорбционной хроматографии:

а) тонкая пленка инертной жидкости, нанесенная на твердый носитель; б) твердый адсорбент, который взаимодействует с компонентами анали-

зируемой смеси; г) жидкая фаза, избирательно взаимодействующая с компонентами смеси;

д) присутствуют два правильных ответа?

Вариант № 2

1.Какие реакции используют при получении синтетических ионитов: а) реакция этерификации; б) реакция гидрирования; в) реакция замещения; г) реакция дегидратации;

д) реакция полимеризации и поликонденсации?

2.От каких факторов зависит скорость перемещения Rf в тонкослойной хроматографии:

а) от природы бумаги и метода проявления пятна; б) от применяемого растворителя и давления его пара;

в) от концентрации определяемого вещества и температуры; г) от рН среды; д) от природы вещества и состава применяемого растворителя?

Вариант № 3

1. Хроматографические методы анализа обычно классифицируют по агрегатному состоянию фаз, механизму разделения, форме проведения процесса. В какой хроматографии разделение веществ осуществляется в соответствии с размером их молекул при использовании высокопористых набухших полимеров:

а) тонкослойная хроматография; б) ионообменная;

80

в) осадочная; г) гелевая;

д) адсорбционная?

2. С помощью каких из указанных параметров проводят количественный анализ веществ в газовой хроматографии:

а) объемной скорости газа; б) площади пика; в) времени удерживания;

г) удерживаемого объема; д) индексов удерживания?

Вариант № 4

1. Какие активные группы входят в состав слабокислотного катионита: а) –СООН, –ОН (фенольная);

б) –NH2, –РО3Н2;

в) –SO3H, –OH (фенольная); г) = NH;

д ) –N(R)2?

2. Как происходит движение в колонке компонентов А, В, С после разделения их зон и установления в колонке равновесия в вытеснительной хроматографии:

а) присутствуют два правильных ответа; б) А, В, С движутся с различной скоростью;

в) движутся только вещества А, В с одинаковой скоростью; г) движутся только вещества В, С с одинаковой скоростью;

д) А, В, С движутся с одинаковой скоростью, следуя один за другим вниз по колонке?

Вариант № 5

1. Какая активная группа входит в состав катионита КУ-2:

а) –РО3Н2;

б) –SO3H;

в) –COOH;

г) ОН-?

2. Какие требования предъявляются к внутреннему стандарту:

а) стандарт должен быть инертным к компоненту анализируемой смеси; б) пик стандарта должен находиться вблизи пика исследуемого компо-

нента; в) стандарт должен быть низкокипящим;

г) концентрация стандарта и анализируемого компонента должна быть приблизительно одинакова;

д) стандарт должен быть высококипящим?