Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Задачник
.pdf
141
Пояснения к заданиям 4.9, 4.10
Для количественной оценки эффективности процесса экстракции
используются следующие характеристики:
– коэффициент распределения:
D=
С
орг.
С
водн.
,
где С
орг.
и С
водн.
– концентрации определяемого компонента в органиче-
ской и водной фазах соответственно;
– степень извлечения:
R%
=
Q
1
Q
1
+Q
2
,
где Q1 и Q2 – количества определяемого вещества в органической и водной фазах соответственно.
4.11. Как классифицируются экстрагенты по типу взаимодействия
с экстрагируемым веществом?
Пояснения к заданию 4.11
Органические вещества, используемые в качестве экстрагентов,
подразделяются следующим образом:
– нейтральные экстрагенты – вещества органической природы, молекулы которых образуют координационные (донорно-акцепторные)
связи с извлекаемым (определяемым) компонентом;
– ионообменные экстрагенты – органические кислоты и их соли
(органические основания и их соли), способные в водном растворе обменивать входящий в состав экстрагента неорганический ион на одноименный ион, находящийся в растворе.
4.12. Какие характеристики экстрагента необходимо учитывать при
его выборе?
Пояснения к заданию 4.12
К требованиям, предъявляемым к экстрагенту при его выборе для
использования в процессе экстракции, относятся:
– селективность – способность предпочтительно извлекать один из
нескольких компонентов раствора;
– емкость – способность растворять значительное количество извлекаемого компонента;
– растворимость – экстрагент и растворитель должны обладать
наименьшей взаимной растворимостью;
142
– плотность – разность этих величин для двух фаз при экстракции
должна быть по возможности наибольшей;
– воспламеняемость – температура воспламенения экстрагента
должна быть как можно более высокой;
– токсичность – в процессе экстракции следует применять экстрагенты, обладающие наименьшей токсичностью;
– межфазовое натяжение (должно быть достаточно высоким для
ускорения коалесценции несмешивающихся фаз при их разделении);
– реакционная способность – протекание химического взаимодействия между извлекаемым компонентом и экстрагентом вследствие затруднения регенерации последнего, но, с другой стороны, подобное
взаимодействие увеличивает эффективность процесса экстракции;
в случае протекания реакции между экстрагентом и извлекаемым компонентом она должна быть обратимой;
– вязкость – должна быть незначительной, чтобы не затруднять
осуществление процессов перемешивания, осаждения, тепло- и массопередачи и т. д.;
– регенерируемость – экстрагент должен достаточно просто регенерироваться для восстановления своих свойств.
4.4. Сорбция
4.13. В чем состоит способ концентрирования, называемый сорб-
цией?
Пояснения к заданию 4.13
Сорбция – один из методов разделения и концентрирования, в основе которого лежит процесс поглощения газов, паров и растворенных
веществ твердыми или жидкими поглотителями на твердом носителе
(сорбенте).
4.14. Как называется способ концентрирования, в основе которого
лежит протекание процесса обменной адсорбции, в результате чего вме-
сто адсорбированных ионов в раствор переходит эквивалентное количество других ионов, первоначально входивших в состав адсорбента?
143
Пояснения к заданию 4.14
При ионообменном концентрировании происходит процесс обменной адсорбции: вместо адсорбированных ионов в раствор переходит эквивалентное количество других ионов, входивших первоначально в состав примененного ионообменника (адсорбента).
Механизм ионного обмена состоит из нескольких стадий:
– диффузия извлекаемого из раствора иона к частице ионообменника (адсорбента);
– диффузия извлекаемого иона из раствора вглубь частицы ионообменника (адсорбента) к активным центрам, отвечающим за процесс
сорбции;
– обмен извлекаемого из раствора иона с ионом, входящим в состав
ионообменника (адсорбента);
– диффузия вытесненного из ионообменника (адсорбента) иона
к поверхности частицы ионообменника (адсорбента);
– диффузия вытесненного из ионообменника (адсорбента) иона
в раствор.
4.5. Электролиз
4.15. Дайте определение электролиза.
Пояснения к заданию 4.15
Электролиз – электрохимический метод концентрирования микрокомпонентов из водных растворов, заключающийся в электролитическом выделении вещества на катоде или аноде. Наиболее часто эта технология используется для электролитического выделения чистого металла на катоде.
144
5 . ИН С Т Р У М Е Н Т А Л Ь Н Ы Е М Е Т О Д Ы А Н А Л И З А
5.1. Основные понятия. Классификация методов
5.1. Каким образом регистрируется аналитический сигнал в ин-
струментальных методах анализа?
Пояснения к заданию 5.1
Аналитическим называется сигнал, который функционально связан
с химическим составом анализируемого вещества и измеряется в ходе
выполнения методики анализа. Наличие такого сигнала свидетельствует о качественном составе вещества. А интенсивность сигнала позволяет определить количество того или иного компонента в составе
анализируемой пробы.
По происхождению и способу регистрации аналитического сигнала
методы анализа классифицируются следующим образом:
а) химические методы анализа (ХМА);
б) инструментальные методы анализа (ИМА).
Аналитический сигнал в инструментальных методах анализа представляет собой изменение какого-либо физического свойства (оптическая плотность, удельная электропроводность, показатель преломления
света на границе раздела двух фаз и т. д.) системы и измеряется с помощью специальных приборов (инструментов).
5.2. Как называются методы анализа, в основе которых лежат процессы взаимодействия физического поля с анализируемым объектом
без протекания химического взаимодействия?
5.3. Какой из перечисленных методов относится к физическим методам анализа: титриметрический, потенциометрический, гравиметрический, ИК-спектроскопия?
5.4. Какой из перечисленных методов относится к физическим методам анализа: титриметрический, масс-спектрометрия, потенциометрический, гравиметрический?
5.5. Какой из перечисленных методов относится к физическим методам анализа: ЯМР-спектроскопия, титриметрический, потенциометрический, гравиметрический?
145
Пояснения к заданиям 5.2–5.5
По происхождению и способу регистрации аналитического сигнала
инструментальные методы анализа классифицируются на физико-химические (ФХМА) и физические (ФМА). В физических методах анализа аналитический сигнал в системе возникает в результате физического явления, не связанного с протеканием химической реакции. Аналитическим сигналом в данном случае является измеряемое физическое
свойство, величина которого характеризует интенсивность сигнала.
К физическим методам анализа относятся, например:
– спектроскопические – атомно-эмиссионная, атомно-абсорбционная и атомно-флуоресцентная, ультрафиолетовая, рентгеновская, электронная и масс-спектрометрия, рентгено-флуоресцентный метод, рентгеноспектральный микроанализ, электронный парамагнитный и ядерный магнитный резонанс и др.;
– ядерно-физический и радиохимический – радиоактивационный
анализ, ядерная гамма-резонансная, или мессбауэровская спектроскопия, метод изотопного разбавления и др.;
– рентгеновская дифрактометрия и др.
5.6. Как называются методы, в которых обнаружение или количественное определение вещества основано на его химической реакции,
приводящей к изменению какого-либо физического свойства системы?
5.7. Какой из перечисленных методов относится к физико-химическим методам анализа: титриметрический, ИК-спектроскопия, потенциометрический, гравиметрический?
5.8. Какой из перечисленных методов относится к физико-химическим методам анализа: титриметрический, гравиметрический, ЯМРспектроскопия, молекулярно-абсорбционная спектроскопия?
5.9. Какой из перечисленных методов относится к физико-химическим методам анализа: титриметрический, кондуктометрический, гравиметрический, ЯМР-спектроскопия?
5.10. Какой из перечисленных методов относится к физико-хими-
ческим методам анализа: молекулярно-абсорбционная спектроскопия,
метод электронного парамагнитного резонанса, титриметрический, гравиметрический?
Пояснения к заданиям 5.6–5.10
По происхождению и способу регистрации аналитического сигнала
инструментальные методы анализа классифицируются на физико-
146
химические (ФХМА) и физические (ФМА). В физико-химических методах анализа аналитический сигнал в системе возникает в результате
протекания химической реакции, сопровождающейся изменением какого-либо физического свойства системы. Фактором интенсивности
аналитического сигнала в данном случае является какая-либо физическая величина (сила тока, разность потенциалов, электропроводность,
оптическая плотность раствора и др.), измеряемая с помощью специальных приборов (инструментов).
К физико-химическим методам анализа относятся, например:
– оптические – молекулярно-абсорбционный фотометрический ана-
лиз (колориметрия, фотоколориметрия, спектрофотометрия), атомно-абсорбционный анализ, нефелометрия, турбидиметрия, спектроскопия
комбинационного рассеяния, люминесцентный анализ (флуориметрия,
атомно-эмиссионный и рентгеновский флуоресцентный анализ), поляриметрия, рефрактометрия и др.;
– электрохимические – потенциометрия, кулонометрия, кондукто-
метрия, вольтамперометрия и др.;
– хроматографические – газовая, газожидкостная, газоадсорбционная, жидкостная, жидкостно-жидкостная, жидкостно-адсорбционная,
жидкостно-гелевая сверхкритическая флюидная, высокоэффективная
жидкостная, тонкослойная и др.
5.2. Хроматографические методы анализа
5.2.1. Основные понятия и терми ны
5.11. В результате какого процесса происходит разделение анализируемой пробы на отдельные компоненты в хроматографических методах анализа?
5.12. Какое явление лежит в основе хроматографического разделе-
ния веществ?
Пояснение к заданиям 5.11, 5.12
Хроматография – динамический метод разделения, идентификации
и определения компонентов анализируемой пробы, основанный на
147
многократном распределении компонентов между двумя несмешивающимися фазами: неподвижной и подвижной. Анализируемая проба вводится в подвижную фазу (жидкую или газообразную), которая движется относительно неподвижной фазы, находящейся в хроматографической колонке или в плоском тонком слое. При этом компоненты анализируемой пробы, находящиеся в подвижной фазе, сорбируются на неподвижной фазе. Различия в силе взаимодействия компонентов анализируемой пробы с неподвижной фазой (т. е. в их сорбционных свойствах) обусловливают различные скорости перемещения компонентов
анализируемой пробы вдоль слоя сорбента и, при достаточно большом
времени движения, их разделение.
5.13. Как называется процесс поглощения паров, газов или раство-
ренных веществ жидкими или твердыми поглотителями?
5.14. Как называется твердое или жидкое вещество, поглощающее
пары, газы или растворенные вещества?
5.15. Как называется вещество, которое сорбируется?
5.16. Дайте определение адсорбции.
5.17. Дайте определение абсорбции.
5.18. Дайте определение хемосорбции.
5.19. Дайте определение капиллярной конденсации.
Пояснения к заданиям 5.13–5.19
Сорбция – процесс поглощения паров, газов или растворенных веществ жидкими или твердыми поглотителями (сорбентами). Процесс,
обратный сорбции – десорбция. Сорбирующееся вещество называется
сорбатом.
Процессы сорбции классифицируются:
– на адсорбцию – процесс поглощения вещества на поверхности
твердого (адсорбента) или жидкого (абсорбента) тела;
– абсорбцию – процесс поглощения вещества в объеме жидкого
(абсорбента) или твердого (адсорбента) тела;
– хемосорбцию – процесс поглощения вещества жидким (абсорбентом) или твердым (адсорбентом) телом с образованием химических соединений;
– капиллярную конденсацию – образование жидкой фазы в порах или
капиллярах твердого тела (адсорбента) при поглощении паров веществ.
148
5.2.2. Классификация хром атогра фических методов
5.20. Перечислите методы хроматографии в соответствии со спосо-
бом разделения.
Пояснения к заданию 5.20
В соответствии со способом разделения выделяются:
– колоночная хроматография – разделение компонентов анализируемой пробы проводится в хроматографической колонке, где все компоненты проходят одно и то же расстояние и регистрируются на выходе
из нее;
– плоскостная хроматография – разделение компонентов анализируемой пробы осуществляется на специальной бумаге или в тонком
слое сорбента (бумажная и тонкослойная хроматография).
5.21. Каким образом по агрегатному состоянию подвижной и непо-
движной фаз классифицируются хроматографические методы?
Пояснения к заданию 5.21
В соответствии с агрегатным состоянием подвижной и неподвижной фаз хроматографические методы классифицируются следующим
образом:
– газожидкостная хроматография – подвижная фаза является газом,
неподвижная фаза – жидкостью;
– газо-адсорбционная хроматография – подвижная фаза представляет собой газ, неподвижная фаза – твердое вещество;
– жидкостно-жидкостная хроматография – и подвижная, и неподвижная фаза являются жидкостями;
– жидкостно-адсорбционная хроматография – в качестве подвижной фазы выступает жидкость, в качестве неподвижной фазы – твердое
вещество.
5.22. Какие варианты хроматографии известны в соответствии со
способом перемещения анализируемой смеси вдоль слоя неподвижной
фазы?
5.23. Как называется поток подвижной фазы, переносящий анали-
зируемую смесь вдоль неподвижной фазы?
5.24. Как называется поток подвижной фазы на выходе из неподвижной фазы, содержащий разделенные компоненты анализируемой смеси?
5.25. Как называется процесс вымывания вещества из хроматогра-
фической колонки потоком чистого элюента?
149
Пояснения к заданиям 5.22–5.25
В зависимости от способа перемещения анализируемой смеси
вдоль слоя неподвижной фазы различаются:
– проявительный (элюентный) метод хроматографии – заключается
в том, что разделяемые компоненты анализируемой смеси переносятся
через слой неподвижной фазы потоком подвижной фазы (элюента),
сорбирующегося слабее любого из компонентов разделяемой смеси; на
выходе из слоя неподвижной фазы разделенные вещества размещаются
зонами в потоке элюата (т. е. подвижной фазы с разделяемыми компонентами смеси), в промежутке между которыми выходит чистый
элюент, т. е. происходит процесс вымывания вещества из колонки
(элюирование);
– вытеснительный метод хроматографии – состоит в переносе анализируемой смеси потоком подвижной фазы (вытеснителя), сорбирующегося лучше любого из компонентов анализируемой смеси; на выходе из
колонки отмечается образование отдельных зон, соответствующих отдельным компонентам разделяемой смеси и располагающихся в порядке
возрастания сорбируемости компонентов анализируемой смеси;
– фронтальный метод хроматографии – заключается в том, что анализируемая смесь непрерывно пропускается через слой неподвижной
фазы, при этом образуются зоны, содержащие в элюате последовательно
увеличивающееся число компонентов в порядке возрастания их сорбируемости.
5.2.3. Теоретич еские основы хроматографии
5.26. Как называется кривая зависимости свойства потока элюента
(концентрация или пропорциональная ей величина) от его объема или
времени элюирования (удерживания)?
Пояснения к заданию 5.26
Для описания колоночного варианта хроматографического процесса
используется метод выходной кривой. При этом регистрируется изменение свойства потока элюата, содержащего компоненты разделяемой
смеси. Кривая зависимости свойства потока элюата (концентрации или
другой пропорциональной ей величины) от его объема или времени элюирования (удерживания) называется хроматограммой.
150
5.27. Назовите основные параметры хроматографического пика.
5.28. Как называется время с момента ввода анализируемой смеси
в колонку до момента элюирования максимального количества компонента?
5.29. Перечислите параметры, использующиеся для идентифика-
ции компонентов смеси в хроматографических методах.
Пояснения к заданиям 5.27–5.29
Основными параметрами хроматографического пика являются
(рис. 5.1):
– высота (h) – перпендикуляр, опущенный из максимума пика на
нулевую (фоновую) линию, соответствующую сигналу подвижной
фазы (газа-носителя), не содержащего сорбирующиеся компоненты;
– ширина (µ) – отрезок, отсекаемый на нулевой линии в основании
хроматографического пика касательными к его сторонам;
– полуширина пика (µ
0,5
) – расстояние между точками контура (сто-
ронами) хроматографического пика на уровне, соответствующем половине его высоты (0,5 h);
– площадь пика (S) – мера количества того или иного компонента
в анализируемой смеси, которая рассчитывается по формуле
S = h · µ0,5;
– время удерживания (tR) – время, отмечаемое с момента ввода ана-
лизируемой смеси в хроматографическую колонку до момента элюирования максимального количества компонента (время, соответствующее
достижению максимума хроматографического пика); данный параметр
зависит от природы разделяемых компонентов (в связи с чем используется в качестве основного критерия для идентификации компонентов
анализируемой смеси по результатам хроматографического анализа),
а также природы неподвижной фазы, температуры, скорости подвижной фазы и параметров колонки.
Наряду с величиной времени удерживания tR для характеристики
удерживания, а также для качественной идентификации компонентов
анализируемой смеси часто используется понятие объема удерживания
VR – объема подвижной фазы, необходимого для элюирования компонента анализируемой смеси:
VR = ω ∙ tR,
где ω – скорость подвижной фазы.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]