8. Хроматографический метод анализа

8.1. Задание

1. Рассчитать массовую долю компонента смеси газов по данным, полученным при газохроматографическом разделении смеси.

Газ	S	K
Пропан Бутан Пентан Циклогексан	216 312 22 34	1,13 1,11 1,11 1,08

2. Для определения диоксидифенилметана в пищевых продуктах используют метод тонкослойного хроматографического разделения и количественного определения по площади пятна S и интенсивности фототока I. Для стандартных образцов были получены данные:

Концентрация диоксидифенилметана, мкг/0,02 мл	1,25	2,56	6,40	18,2	33,1	77,3
Площадь пятна S, мм2	9	17	29	55	80	120
Интесивность фототока отражения, мА	2,3	2,8	3,4	4,3	5,1	7,2

Для построения градуировочного графика использована зависимость lg (S  I) от lg C. Обработали 150 г овощей в 100 мл спирта, который затем упарили до 10 мл. От 0,02 мл этого раствора при хроматографировании получено пятно площадью 35,0 мм² с интенсивностью фототока отражения 2,5 мА. Определить содержание диоксифенилметана в овощах (мкг/кг).

3. При определении этилового спирта методом газовой хроматографии были получены следующие пики в зависимости от содер­жания:

С, мг/0,02 мл	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
h, мм	18	36	48	66	83

Для 0,02 мл исследуемого раствора получен пик высотой 57 мм. Определить содержание спирта в исследуемом растворе (%), если плотность раствора 0,95 г/см³.

4. Смесь катионов, содержащаяся в молоке, при разделении в тонком слое окиси алюминия с помощью ацетона, содержащего 8 % воды и 8 % конц. HCl, дала после проявления K₄ [Fe(CN)₆] 3 пятна со значением R_f: 0,27; 0,56; 0,69. Пробы катионов-свидетелей имеют следующие значения R_f: Ni²⁺ – 0,27; Co²⁺ – 0,44; Cu²⁺ – 0,57; Fe³⁺ – 0,69. Определить катионы, входящие в состав молока, а также их нормальную концентрацию в продукте по формуле C = K  А  S, если известно, что К = 0,2, площади пятен на хроматограмме для Ni²⁺, Co²⁺, Cu²⁺ и Fe³⁺ равны соответственно (мм²): 40, 42, 50, 45, а их оптические плотности 0,0125; 0,0120; 0,020 и 0,0165.

5. Для хроматографического определения никеля на бумаге, пропитанной раствором диметилглиоксима, приготовили три стандартных раствора. Для этого навеску 0,2480 г NiCl₂^. 6H₂O растворили в мерной колбе на 50 мл. Затем из этой колбы взяли 5, 10 и 20 мл и разбавили в колбах на 50 мл. Испытуемый раствор тоже разбавили до 50 мл. Высота пиков стандартных растворов равна 25,5; 37,5 и 61,3 мм, а высота пика исследуемого раствора – 49,0 мм. Определить содержание Ni (мг/мл) в исследуемом растворе.

6. Рассчитать массовую долю (%) компонентов смеси по следующим данным, полученным методом газовой хроматографии:

Вариант	Газ	S, мм2	К
1 2 3 4	Этанол Метанол Метан Этан Динитробензол Нитробензол Этилацетат Этанол	3524 13 207 4 305 12 305 12	0,64 0,58 1,23 1,15 1,22 1,07 0,79 064

7. Рассчитать содержание этана (%) в смеси по следующим данным, полученным методом газовой хроматографии:

Газ	S, мм2	К
Этан Пропан Бутан Пентан	7 5 4 5	0,77 1,00 1,11 0,60

8. Методом хроматографии на бумаге, пропитанной гексацианоферратом (II) калия, были получены следующие площади пятен в зависимости от концентрации стандартных растворов меди:

С, мг/0,2 см3	0,12	0,30	0,45	0,70	0,90
S, мм2	14	26,3	35	52,5	66,5

При анализе творога 50,0 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 30,1 мм². Рассчитайте содержание меди в твороге (мг/кг).

9. При анализе смеси аминокислот методом бумажной хроматографии были получены три пятна с R_f = 0,18, R_f = 0.36, R_f = 0.54 и площадью S₁ = 0,74 см², S₂ = 0,52 см², S₃ = 0,29 см² соответственно. При анализе в тех же условиях для чистых аминокислот величины R_f была равна для лизина – 0,22; для серина – 0,36; для аланина – 0,42; для гистидина – 0,54; для валина – 0,68; для цистеиновой кислоты – 0,18. Каков качественный и количественный (в %) состав смеси?

10. Рассчитать массовую долю (%) компонентов газовой смеси по следующим данным, полученным методом газовой хроматографии:

Газ	S, мм2	K
Бензол Гексан Пропилен Этанол	85 27 34 11	1,0 1,1 1,1 1,8

11. При анализе стандартных растворов хлорида натрия методом ионной хроматографии были получены следующие данные:

Сст., мг/дм3	400	500	600	800	1000
Sст, мм2	14,0	20,1	25,8	32,0	38,0

Определите концентрацию хлорид-ионов в минеральной воде, если площадь пика хлорид-иона на хроматограмме равна 29,6 мм².

12. При определении этанола методом газожидкостной хроматографии в качестве внутреннего стандарта использовали пропанол. Рассчитайте содержание этанола в водке по данным хроматографического анализа: а) при градуировке масса этанола 0,052 г, площадь пика этанола 5,36 см², масса пропанола 0,068 г, площадь пика пропанола 8,41 см²; б) при анализе водки: площадь пика этанола 6,48 см², масса водки 0,2101 г, масса пропанола 0,049 г, площадь пика пропанола 6,06 см².

13. Рассчитайте общую массовую долю примесей в фальсифицированном спирте по данным, полученным с помощью газовой хроматографии:

Компоненты смеси	Площадь пика, S, мм2	Поправочный коэффициент, К
Этанол Пропанол Метанол Ацетальдегид Вода	115,1 3,2 1,3 1,5 5,8	0,84 0,72 1,00 0,90 1,10

14. При анализе серии стандартных растворов тиамина методом ионной хроматографии были получены следующие данные:

С, мкг/см3	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0
S, мм2	0,32	0,44	0,55	0,67	0,78

Чему равна массовая доля тиамина в пищевом продукте, если из 10 г его был получено 100 мл раствора и измеренная в тех же условиях площадь равная 0,46.

15. При определении адипиновой кислоты в продукте гидрокарбоксилирования бутадиена методом бумажной хроматографии пятна, проявленные метиловым красным, вырезали, высушили и взвесили. Для стандартных растворов при различном содержании адипиновой кислоты были получены следующие данные:

Масса кислоты, мкг	5	10	15	20	25
Масса бумаги с пятном, мг	78	123	154	172	194

Навеску анализируемого продукта 100 мг растворили в 10 мл воды и три порции полученного раствора по 0,02 мл хроматографировали. Масса пятен была 105, 98 и 109 мг. Определить массовую долю адипиновой кислоты в анализируемом продукте (в %).

16. Рассчитать процентный состав смеси газов по следующим данным, полученным при газовой хроматографии смеси:

Газ	бензол	толуол	этилбензол	кумол
Площадь пика, S, мм2	20,6	22,9	30,5	16,7

17. Для определения диоксифенилметана (ДДМ) в овощах использовали метод тонкослойного хроматографического разделения и количественного определения по площади пятна. Для стандартных образцов были получены следующие данные:

С(ДДМ), мкг/0,02 см3	1,25	4,0	8,0	12,0	18,0
S, мм2	9,0	17,0	28,0	39,3	56,0

150 г моркови обработали 100 см³ спирта, который затем упарили до 10 см³. При хроматографировании 0,02 см³ этого раствора получено пятно с площадью 35 мм². Рассчитайте содержание ДДМ в навеске моркови.

18. Рассчитать массовую долю (%) компонентов газовой смеси по следующим данным, полученным методом газовой хроматографии:

Газ	S, мм2	K
Бензол Толуол Этилбензол Кумол	20,6 22,9 30,5 16,7	0,78 0,79 0,82 0,84

19. Рассчитать массовую долю (%) компонентов газовой смеси по следующим данным, полученным методом газовой хроматографии:

Газ	S, мм2	K
о-Ксилол m-Ксилол n-Ксилол Этилбензол	16,7 20,3 8,5 30,4	0,84 0,81 0,81 0,82

20. К 100 мл 0,1 н. раствора соляной кислоты добавили 5 г катионита в Na⁺ – форме. После установления равновесия концентрация HCl уменьшилась до 0,015 н. определить статическую емкость для ионов водорода.

21. Для определения динамической емкости катионита через колонку, содержащую 5 г катионита, пропустили 500 мл 0,05 н. раствора кальция. В элюате в порциях по 50 мл были получены следующие значения концентрации кальция: 0,003; 0,008; 0,015; 0,025; 0,040; 0,050 н. Определить динамическую емкость катионита по кальцию.

22. Для определения обменной емкости эспатита, находящегося в Са²⁺-форме, к 2 г сорбента добавили 25 мл 0,1 н. раствора NaOH. После установления равновесия раствор оттитровали 0,08 н. соляной кислотой. На титрование израсходовано 15,7 мл кислоты. Определить обменную емкость эспатита.

23. Сколько граммов ионов никеля останется в растворе, если через колонку, заполненную 10 г катионита, пропустили 500 мл 0,05 н. раствора соли никеля. Полная динамическая емкость в данных условиях разделения равна 1,4 ммоль-экв/г.

24. Через колонку с 5 г катионита пропустили 500 мл раствора соли меди. Выходящие порции раствора по 50 мл титровали иодиметрически. Первые 2 порции не содержали меди. На титрование 3-10-й порции израсходовано соответственно: 5; 12; 17,6; 20; 26,2; 30,5; 39,2; 39,22 мл 0,02 н. раствора тиосульфата натрия. Построить график зависимости концентрации меди от объема элюата. Рассчитать полную динамическую и динамическую обменные емкости.

25. Для определения обменной емкости катионита – смолы КУ-2 100 мл смолы поместили в колонку и пропустили воду с общей жесткостью 13,6 ммоль-экв/л. Объем пропущенной воды до появления в фильтрате ионов кальция оказался равным 11 л. Определить обменную емкость смолы (в моль-экв/м³).

26–27. Какая масса кобальта останется в растворе, если через колонку, заполненную m (г) катионита, пропустили V (мл) раствора CоSO₄ с начальной концентрацией с_эк. Полная динамическая емкость разделения равна 1,6 ммоль/г. Получили следующие данные:

Вариант	26	27
V (мл)	200	250
m (г)	5,0	5,0
сэк., моль/л	0,050	0,050

28. Через колонку, заполненную катионитом массой 10 г, пропустили 250,0 мл 0,08 М CuSO₄. Выходящие из колонки порции раствора по 50,0 мл титровали 0,1 н. раствором тиосульфата натрия (f_экв = 1) по методу йодометрии и получили следующие данные:

Порция раствора: 1 2 3 4 5

Расход тиосульфата на титрование, мл 0 12,0 25,0 39,2 39,2

Вычислить динамическую емкость (моль-экв/г) катионита по меди, если молярная масса эквивалента составляет M(¹/₂ CuSO₄).

29. При адсорбции уксусной кислоты на угле были получены данные:

– равновесная концентрация, ммоль/л (С) 0,018 0,062 0,47

– удельная адсорбция, ммоль/г (Г) 0,467 0,801 2,04

Определить значение констант в уравнении Фрейндлиха Г = К  С^1/n.

30. При адсорбции пропионовой кислоты на угле были получены данные:

С_нач, ммоль/л 0,120 0,46 0,66

С_равн, ммоль/л 0,061 0,37 0,54

Количество адсорбента равно 3 г вычислить константы в уравнении Фрейндлиха Г = К  С^1/n.

31. Для определения статической обменной емкости катионита, находящегося в Н⁺-форме, к 2 г его добавили 25,0 см³ раствора хлорида натрия с молярной концентрацией 0,35 М. После установления равновесия ионит отделили фильтрованием, промыли небольшим количеством дистиллированной воды. Анализируемый раствор и промывные воды объединили и полученную смесь оттитровали 15,7 см³ раствора щелочи NaOH с молярной концентрацией, равной 0,5 М. Рассчитайте обменную емкость катионита.

32. Сколько граммов кобальта(II) останется в растворе, если через колонку, заполненную 10,0 г катионита, пропустили 500 мл раствора соли кобальта с концентрацией 0,05 М. Полная динамическая емкость катионита в данных условиях 1,4 ммоль/г.

33. Определите обменную емкость катионита по CaCl₂, если 1,050 г катионита в Н⁺-форме залили 100 мл раствора CaCl₂ с концентрацией 0,1 н. и на титрование 25,0 мл фильтрата израсходовано 12,2 мл раствора NaOH (С_экв(NaOH) =0,1 моль/л).

34. Сколько граммов катионита КУ-2 в Н⁺-форме потребуется для выделения Са²⁺ из 0,5 л раствора хлорида кальция с молярной концентрацией эквивалента 0,1000 моль/л, если статическая обменная емкость равна 4,75 ммоль/г?

35. Сколько мл раствора CaCl₂ с молярной концентрацией равной 0,05 моль/л можно пропустить через 100 мл набухшего катионита КУ-2, если динамическая обменная емкость его равна 2,5 ммоль-экв/л?

36. Через колонку, содержащую 100 см³ катионита, пропущен раствор хлорида кальция. Сколько кальция (ммоль-экв) поглотит катионит при условии полного насыщения, если обменная емкость его равна 4,6 ммоль-экв/г, а удельный объем его равен 2,9 см³/г?

37. Сколько граммов Na⁺ задержится в колонке при пропускании через нее раствора хлорида натрия, если объем катионита 50 см³, динамическая обменная емкость 3,6 ммоль-экв на 1 г сухого катионита, удельный объем катионита равен 2,8 см³/г? Напишите уравнение ионного обмена.

38. Сколько см³ раствора (С(NaCl)=0,1 ммоль/л) можно пропустить через 100 мл набухшего катионита КУ-2, если его динамическая обменная емкость 1,25 ммоль-экв/см³? Напишите уравнение реакции ионного обмена.

39. Колонка объемом 200 мл заполнена сульфоуглем. Количество воды, пропущенной через колонку до появления в фильтрате ионов кальция, составила 11,35 л. Жесткость воды равна 7,05 ммоль-экв/л. Определить обменную емкость катионита.

40. Для определения обменной емкости взята навеска 5,7500 г катионита. Через катионит пропущен 0,05 н. раствор нитрата меди Cu(NO₃)₂  6H₂O. «Проскок» меди в фильтрат начался после пропускания 420 мл раствора. Определить динамическую обменную емкость катионита (в моль-экв/г) до «проскока», если влажность его равна 40 %.