Лабораторные работы

1. Определение натрия и аммония при совместном присутствии методом ионообменной хроматографии.

При пропускании раствора, содержащего ионы натрия и ам­мония, через катионит в Н ⁺-форме происходит реакция:

RH ⁺ + Na ⁺ (NH₄⁺ ) ↔ RNa ⁺ (NH₄⁺)+ Н ⁺

В результате в растворе, выходящем из колонки, вместо ионов Na⁺ и NH₄⁺ будет содержаться эквивалентное количество ионов Н⁺, которые можно оттитровать раствором щелочи. При этом находят суммарный объем щелочи, пошедший на титрование обоих катионов V₁ . В другой аликвоте анализируемого раствора определяют ионы NH₄⁺ формальдегидным методом:

4 NH₄⁺ + 6 CH₂O ↔ (CH₂)₆N₄ + 6 H₂O + 4 H⁺

Выделившиеся ионы водорода оттитровывают раствором ще­лочи в присутствии фенолфталеина ( V₂ ).

Реагенты. Стандартный раствор гидроксида натрия, 0,1000 М; формальдегид, 20%-ный раствор; фенолфталеин, метиловый оран­жевый; катионит КУ-2.

Определение. Заполняют хроматографическую колонку высотой 25 см катионитом в Н⁺ -форме, промывают, пока вода, выхо­дящая из колонки, не достигнет рН~5. Вносят в колонку аликвоту анализируемого раствора со скоростью 1,5 - 2 мл • мин^-1. Выходящий раствор собирают в коническую колбу на 100 мл. В колонку добавляют (20 - 25 мл) порциями по 2 - 3 мл с той же скоростью. В конце пропускания проверяют рН. Полученный раствор титруют стандартным раствором ще­лочи в присутствии индикатора фенолфталеина или метилового оранжевого.

В другую коническую колбу помещают аликвоту анализиру­емого раствора, прибавляют 5 мл формальдегида и через 1 - 2 мин 2 - 3 капли фенолфталеина. Титруют до бледно-розовой окраски. Вносят поправку на муравьиную кислоту, содержащуюся в формальдегиде. Для этого титруют 10 мл формальдегида стандартным раствором щелочи в тех же условиях. Содержание ионов аммония и натрия рассчитывают по формулам:

m_NH4+= V₂ c_NaOH M_NH4+ / V_nun 1000 ;

m_Na+ = (V₁-V₂) c_NaOH M_Na+ / V_nun 1000 ,

m - масса определяемого компонента, г; V-объем аликвоты, мл; М - молярная масса, г; с - молярная концентрация; V₁ - объем щелочи, пошедшей на титрование раствора, пропущенного через катионит; V₂ - объем щелочи, пошедшей на титрова­ние анализируемого раствора с формальдегидом.

2. Разделение и обнаружение ионов методом бумажной хроматографии

Метод основан на различии в коэффициентах распределения R_f ионов между двумя несмешивающимися фазами, Неподвижная фаза в этом случае удерживается в порах специальной хроматографической бумаги, которая служит носителем. Для получения хроматограммы лист бумаги после нанесения пробы помещают в сосуд с растворителем (ПФ). Подвижная фаза продвигается вдоль листа бумаги, главным образом, благодаря капиллярным силам, разделяя пробу на компоненты. Для количественной оценки подвижности веществ используется параметр R_f, равный отношению скорости движения зоны определенного компонента к скорости движения фронта подвижной фазы. Рассчитать ее можно по отношению длины пути вещества (l) к длине пути растворителя от линии старта (L): R_{f =} l/ L

Для разделения смесей катионов методом бумажной хрома­тографии используют различие в коэффициентах распределения R_f при разделении катионов между неподвижной (водой, адсорбированной на бумаге) и подвижной (смесью ацетона с соляной кислотой) фазами.

Реагенты. Для проявления хроматографии применяют сле­дующие реагенты:

Катион Реагент

Со²⁺ Тиоцианат калия, KSCN (нас.)

Ni²⁺ Диметилглиоксим, аммиак (пары)

Сu²⁺ Гексацианоферрат (II) калия, 10%-ныи раствор

Рb²⁺ Иодид калия, 10%-ныи раствор

Zn²⁺ Дитизон, 1%-ный раствор в хлороформе

Bi³⁺ Смесь 8-оксихинолина и иодида калия

Аl³⁺ Ализарин, аммиак (пары)

Cd²⁺ Сульфид натрия

Fe³⁺ Гексацианоферрат (II) калия, 10%-ныи раствор

Растворитель - смесь (по объему) НС1 (конц.) - 8%, ацетона - 87% и воды - 5%.

Выполнение работы. В плоскодонную колбу (или цилиндр) с крышкой налива­ют 10 - 15 мл растворителя. На полоске хроматографической бумаги длиной 20 см и шириной 1,5-2 см проводят стартовую линию на расстоянии ~2 см от края, на которую в центре капилляром наносят каплю исследуемого раствора так, чтобы диаметр пятна не превышал 2 - 3 мм. Пятно обводят простым карандашом и высу­шивают над песчаной баней. Эту операцию повторяют 2 - 3 раза.

Полоску бумаги с нанесенным раствором опускают в цилиндр так, чтобы ее конец был погружен в растворитель не более чем на 0,5 см (пятно не должно погружаться в раствор, бумажная полоска не должна касаться стенок цилиндра). При комнатной температуре время хроматографирования составляет 1,5 - 2 ч. После того как растворитель отойдет от линии старта не менее чем на 10 см, процесс прекращают, полоску бумаги вынимают из цилиндра и тщательно высушивают над песчаной баней. Измеряют расстояние L между стартовой линией и фронтом растворителя. Для обнаружения катионов хроматограмму опрыскивают растворами необходимых химических реагентов. Отмечают центр зоны каждого катиона (окрашенного пятна). Измеряют высоту подъема зоны данного катиона l и определяют параметр R_f .

Обнаружение можно производить и другим способом: по известным значениям R_f вычисляют высоту подъема l зоны каждого катиона из заданной комбинации, а затем на высоте размещения зоны к участку хроматограммы прикасаются капилляром с реагентом. Появление характерной окраски подтверждает присутствие катиона в растворе.

Катион Ni²⁺ Al³⁺ Co²⁺ Pb²⁺ Cu²⁺ Zn²⁺ Cd²⁺ Bi³⁺ Fe³⁺

R_f 0,13 0,15 0,54 0,70 0,77 0,94 0,1 0,1 0,1