11.3. Застосування сорбції (твердофазової екстракції)

Сорбцію, як спосіб концентрування, застосовують найчастіше під час аналізу вод. Сорбент можна помістити у спеціальний патрон з поліетилену або фторопласту і закрити пористим фільтром. Залежно від властивостей речовин у розчині використовують один або декілька патронів. У багатокомпонентній системі, використовуючи різні сорбенти в різних патронах, можна розділити речовини на фракції: полярні, неполярні, неорганічні, органічні.

Використовують різні сорбенти, детально описані в розділі, присвяченому очистці води. Це можуть бути неорганічні полярні (цеоліти, силікагелі), неполярні (активоване вугілля), органічні синтетичні сорбенти різного ступеня полярності. Часто застосовують сорбенти з прищепленими функціональними групами, хелатними функціональними групами. Ємність сорбентів на основі силікагелю менша, ніж на основі органічних полімерів. Зокрема, для стандартного концентрувального патрона, що містить 1 см³ сорбенту, сорбційна ємність для більшості неорганічних та органічних речовин становить 5-20 мг/патрон, що достатньо для концентрування мікродомішок. Водночас морбент на основі силікагелю не можна використати для концентрування і розділення слідових кількостей речовин із слабколужних і лужних розчинів, оскільки при рН>9 відбувається розчинення силікагелю. В останні роки екстракції все частіше застосовують сорбенти на основі природних цеолітів, які мають вищу хімічну стійкість у порівнянні з силікагелем. Ними концентрують та розділяють токсичні важкі метали та хлоралкани під час аналізу вод. Важкі метали з них десорбують розчинами мінеральних кислот та солей лужноземельних металів, а хлоралкани – н-гексаном або діетиловим ефіром.

Серед органічних сорбентів переважно використовують макропористі полімери: неполярні (на основі полістиролу та дивінілбензолу); середньополярні (з фосфорильними групами); високополярні (з амідними та нітрозо- групами). З них добре проходить десорбція, бо енергія зв’язку не надто висока. Найбільшого поширення набули неполярні сорбенти, які зв’язують речовини дисперсійною взаємодією, бо енергія зв’язку мала і легко проходить десорбція.

Важлива перевага органічних сорбентів:

• висока швидкість пропускання проби рідини через сорбент, тому сорбція та десорбція проходять швидко;

• постійність об’єму сорбента при контакті з рідиною, бо він не набухає.

Десорбентами з нейтральних синтетичних сорбентів найчастіше є CH₃OH i C₂H₅-O-C₂H₅. Іноді перед елююванням через сорбент пропускають водний розчин для десорбції полярних речовин (наприклад, розчином лугу видаляють кислоти, феноли).

На органічних смолах добре сорбуються органічні речовини: спирти, альдегіди, кетони, феноли, нітрогено- та хлоровмісні речовини. Важкі метали, навіть при можливості комплексоутворення зі смолою, не сорбуються кількісно, якщо вони у воді зв’язані у стійкі комплекси або є, як оклюдовані чи адсорбовані домішки, на частинках суспензії.

На активованому вугіллі краще сорбувати органічні речовини, бо сконцентровані важкі метали можуть призвести до каталітичного перетворення органічних речовин, а отже зміни складу проби. Серед неорганічних сполук активованим вугіллям найкраще сорбуються Hg та CH₃-HgX, потім їх десорбують 0,1 М HNО₃ і ацетоном. Десорбція речовин з неполярного активованого вугілля відбувається значно важче, ніж з органічних сорбентів, силікагелю чи цеолітів.

Можна добитися селективної сорбції іонів.

Наприклад, із суміші Cr³⁺ i Cr(VI) при рН 5 на сорбенті з діетилдитіокарбамінатною групою сорбується Cr(VI). Його елюють з колонки 1М розчином NaCl або дією розчину FeSO₄ в HCl, відновлюючи до Cr³⁺. Водночас на природних цеолітах (клиноптилоліт, морденіт) з розчинів при рН 6,0 сорбується лише Cr³⁺, який десорбують 0,5 М розчином Ba(NO₃)₂.