Хроматографический метод анализа
Хроматография – это физико-химический метод разделения веществ, основанный на распределении компонентов между двумя фазами – подвижной и неподвижной. Неподвижной фазой обычно служит твердое вещество (сорбент) или пленка жидкости, нанесенная на твердое вещество. Подвижная фаза представляет собой жидкость или газ, протекающий через неподвижную фазу.
Компоненты анализируемой смеси вместе с подвижной фазой перемещаются вдоль стационарной фазы, которую обычно помещают в колонку (стеклянную или металлическую трубку). Если молекулы разных компонентов разделяемой смеси обладают различной адсорбируемостью или растворимостью, то время их пребывания в неподвижной фазе, а следовательно, и средняя скорость передвижения по колонке различны. Одни компоненты остаются в верхнем слое сорбента, другие, с меньшей адсорбируемостью, оказываются в нижней части колонки, некоторые покидают колонку вместе с подвижной фазой. Так достигается разделение компонентов. Хроматография – динамический метод, связанный с многократным повторением сорбционных и десорбционных процессов, так как разделение происходит в потоке подвижной фазы. Это обеспечивает эффективность хроматографического метода по сравнению с методами сорбции в статических условиях.
Сорбция – поглощение паров, газов или растворенных веществ (сорбата) твёрдым телом или жидкостью (сорбентом) из окружающей среды, обратный процесс называют десорбцией. Различают поглощение вещества всей массой жидкого сорбента (абсорбция); поверхностным слоем твёрдого или жидкого сорбента (адсорбция). Сорбция, сопровождающаяся химическим взаимодействием сорбента с поглощаемым веществом (сорбатом), называется хемосорбцией.
При постоянной температуре адсорбция увеличивается с ростом концентрации раствора или давления газа. Зависимость количества поглощенного вещества от концентрации раствора или давления газа при постоянной температуре называют изотермой адсорбции. Математически эта зависимость может быть выражена уравнением Ленгмюра.
где n – количество адсорбированного вещества при равновесии;
n∞- максимальное количество вещество, которое может быть адсорбировано на данном адсорбенте;
b- постоянная;
с – концентрация.
По
Ленгмюру на поверхности твердого тела
имеется некоторое число мест с минимальной
энергией, расположенных через определенные
интервалы по всей поверхности. Их число
равно n∞.
На этих местах могут адсорбироваться
молекулы из раствора или газа. В области
небольших концентраций изотерма линейна
(рис. 1), т.к. при bc1
знаменатель становится равным единице
и уравнение переходит в:
Это уравненение линейной адсорбции. Оно соответствует уравнению Генри. (Г-коэффициент Генри). При высокой концентрации bc1 уравнение Ленгмюра принимает вид n=n∞, что соответствует насыщению: изотерма адсорбции выходит на прямую, параллельную оси абсцисс.
Иногда зависимость количества адсорбированного вещества от концентрации раствора или давления газа отличается от изображенной на рисунке (например, вогнутой или S-образной). Это может быть вызвано образованием на поверхности адсорбента полимолекулярного слоя или неоднородностью поверхности.
Рис.1 Изотермы адсорбции
При адсорбции двух или нескольких веществ уравнение для i-того компонента принимает вид
Следует отметить также, что количество адсорбированного вещества будет определяться не только его концентрацией, но и сродством к адсорбенту. При адсорбции нескольких веществ, проявление сродства особенно заметно, так как возможно вытеснение одних сорбированных веществ другими, обладающими большим сродством, хотя имеющими, может быть, и меньшую концентрацию.
К преимуществам хроматографического анализа можно отнести, то что с помощью хроматографии возможны:
разделение сложных смесей органических и неорганических веществ на отдельные компоненты,
очистка веществ от примесей,
концентрирование веществ из сильно разбавленных растворов,
качественный и количественный анализ исследуемых веществ.