19. Методы очистки веществ.

Для характеристики чистоты вещества используют следующие константы и методы: температуры: плавления, кипения, кристаллизации; коэффициент преломления света; плотность; данные спектров поглощения (электронные и колебательные ИК-спектры: длина волны максимума поглощения, форма полосы, коэффициент поглощения) и спектров флуоресценции и фосфоресценции; данные спектров ядерного магнитного резонанса (ЯМР), хроматографический анализ, электрические константы (удельная проводимость) и др. Степень чистоты: весовые, атомные проценты примеси в основном веществе. Перечислим методы очистки:

Кристаллизация. Метод основан на том, что примесь имеет более высокую растворимость в растворе (расплаве), по сравнению с растворимостью в кристаллическом состоянии основного вещества. Многократная кристаллизация. Метод зонной плавки.

Возгонка (сублимация). Переход в газовую фазу, минуя жидкую фазу основного вещества с последующей кристаллизацией из газовой фазы. Градиентная возгонка используется для разделения смеси веществ с разными температурами сублимации или кристаллизации. Вакуумная возгонка.

Перегонка (дистилляция). Используется для низкоплавких и жидких веществ. Азеотропные смеси. Дефлегматоры, дистилляционные колонны. Вакуумная перегонка. Перегонка с водяным паром.

Хроматография. Основана на различной способности веществ адсорбироваться на поверхности сорбента или распределяться между двумя несмешивающимися фазами (жидкость – жидкость, жидкость – газ), из которых одна фаза находится на поверхности сорбента. Отсюда жидкостная адсорбционная и распределительная хроматография, газовая хроматография. Жидкостная адсорбционная хроматография основана на различной способности веществ сорбироваться на поверхности сорбента и десорбироваться при пропускании растворителя – элюента, в качестве последнего используют оксид алюминия, кремневую кислоту и диоксид кремния (силикагели), а также гранулированные полисахариды, например, декстраны, которые в растворителе набухают, образуя гранулированный гель (гель-хроматография). Разделение смеси веществ осуществляется двумя способами: в хроматографических колонках и в тонком слое сорбента (тонкослойная хроматография). Жидкостная распределительная хроматография является разновидностью адсорбционной хроматографии: сорбент покрыт тонкой пленкой жидкости, которая не смешивается с элюентом. При пропускании элюента вещества распределяются между жидкостью и элюентом. Если сорбентом является бумага (вода сорбирована на целлюлозе), метод называется хроматографией на бумаге.

В препаративных целях для получения достаточно больших количеств веществ используется колоночная хроматография. Высокое давление, подаваемое на элюент, позволяет использовать длинные колонки и получить более эффективное разделение компонентов смеси.

Гель-фильтрация. Используется в основном для разделения биологических объектов. Матрица-гель состоит из множества пористых частиц, между которыми находится элюент. При пропускании через колонку смеси веществ большие молекулы не задерживаются в поре и вместе с элюентом выходят первыми. Молекулы меньшего размера задерживаются в порах и выходят из колонки по мере его уменьшения.

Электрофорез. Метод применяется для разделения заряженных частиц и основан на различной подвижности молекул компонентов смеси в постоянном электрическом поле на сорбенте, обычно в геле (например, в полиакриламидном геле). Смесь наносится на поверхность геля. В электрическом поле компоненты с отличающимися подвижностями заряженных молекул разделяются в геле и с различными скоростями поступают в сборную камеру в основании колонки, откуда вымываются элюентом – буферным раствором с определенным pH.