11.6. Застосування електровиділення металів та електрофорезу

Під час проходження електролізу в розчині на електродах виділяються речовини, в результаті чого вони сконцентровуються.

На твердому платиновому катоді з розчинів відновлюються такі метали: Ag, Au, Bi, Cd, Co, Cu, Fe, Hg, Ni, Pb, Pd, Sb, Sn, Fe, Zn.

На невеликих електродах (площею 0,1 см²) з 10 мл розчину можна виділити нанограмові кількості елементів. Після концентрування можна проводити їх визначення методом інверсійної вольтамперометрії. За іншим способом можна розчинити виділені метали в кислоті та визначати іншими методами, найчастіше методом атомної абсорбції. Недоліком є те, що потенціал відновлення мікрокількостей елементів відрізняється від обчисленого за рівнянням Нернста, можлива сорбція мікроелементів на стінках електролізера та забруднення розчину зі стінок посуду.

На ртутному електроді при густині струму 0,1-1 А/см² виділяється велика кількість речовин навіть з кислого розчину. Ступінь виділення мікроелементів досягає 95%; процес триває декілька годин, а виділені пари ртуті дуже небезпечні. Мікроелементи із ртуті відділяють або відгонкою ртуті при 360С у лодочці з кварцу (за цих умов може втратитися значна кількість Cd), а залишок розчиняють у кислоті; або анодним розчиненням при потенціалі, на 0,1-0,5 В меншому за потенціал розчинення Hg. Недолік – в амальгамі залишаються до 10^-6 М Fe, Co, Ni, Zn, Cd, Pb, Cu.

Електрофорез найчастіше застосовується в біотехнології. Суміш для розділення поміщають у потужне електричне поле. Рухливість іонів при цьому різко зростає і суттєво відрізняється від рухливості за звичайних умов. У результаті різні іони розташовуються в різних частинах розчину.

Для розділення іонів та молекул також застосовують електрофорез. Для цього хроматографічний папір насичують електропровідним фоновим електролітом. Після нанесення на папір розчину вздовж паперу пропускають постійний електричний струм. Іони переміщаються до протилежних полюсів поля, причому швидкість переміщення залежить від величини заряду.

Електрофокусування – різновид електрофорезу на гелі. Гель насичують розчином з кислотно-основними групами і поміщають між двома електродами. Під впливом електричного поля змінюється ступінь кислотно-основної іонізації та виникає градієнт рН. На гель наносять зразок суміші для розділення. Тоді електрично заряджені компоненти суміші мігрують до протилежно зарядженого електрода. Рух іонів відбувається за градієнтом рН. У тій точці, де рН відповідає електронейтральності компонентів, їх рух припиняється. Кожний компонент концентрується у певній зоні гелю.

Ізотахофорез – "рух з однаковою швидкістю". Гель наносять на речовину, яка є електрофоретично активною і під впливом електричного поля мігрує, захоплюючи компонент з аналізованої проби. Так визначуваний компонент (речовина) переміщається разом з речовиною-носієм і концентрується у певній зоні гелю.

Контрольні запитання

1. В якому випадку доводиться застосовувати концентрування під час аналізу природних об’єктів? Як необхідно підготувати пробу ґрунтової витяжки або води до цієї процедури?

2. Охарактеризуйте найчастіше вживані фізичні методи концентрування розчинів природних об’єктів. У яких випадках застосовують ці методи?

3. В якому випадку концентрують речовини методом відгонки?

4. Як можна сконцентрувати різні форми сполук меркурію з розчинів?

5. Як хімічними методами можна сконцентрувати мікрокількості речовин у розчинах?

6. Що таке співосадження? Охарактеризуйте процес співосадження на неорганічних колекторах.

7. Охарактеризуйте процес концентрування співосадженням на органічних колекторах, на індиферентних органічних колекторах.

8. Які електрохімічні методи можна застосувати для концентрування мікрокількостей речовин?

9. У чому суть електрофоретичного концентрування мікрокількостей речовин? При аналізі яких об’єктів найчастіше застосовують цей метод концентрування?

10. Як відбувається процес екстракційного розділення? Охарактеризуйте особливості екстракційного розділення речовин.

11. Як можна здійснити послідовне екстракційне розділення та групове концентрування важких металів з розчину?

12. Як можна здійснити послідовне розділення важких металів співосадженням, а як групове?

13. Як із застосуванням різновидів концентрування можна розділити сполуки хрому, мангану, селену в різних ступенях окиснення?