Материал: Гиндуллина Хром-метода анлза

Эффективность хроматографической колонки выражается числом теоретических тарелок N или высотой, эквивалентной теоретической тарелке, (ВЭТТ), H.

Процесс разделения смеси веществ в хроматографической колонке подобен разделению на тарельчатых ректификационных колонках. По аналогии с теорией дистилляционных колонн хроматографическая колонка мысленно разбивается на ряд последовательных теоретических ступеней – тарелок, через которые периодически проходят порции газа. Предполагается, что за время нахождения порции газа на тарелке успевает установиться равновесие между подвижной и неподвижной фазами для всех компонентов. Таким образом, хроматографический процесс многоступенчатый и состоит из большого числа актов сорбции и десорбции или растворения и испарения, а сама колонка рассматривается как система, состоящая из совокупности многих ступеней – тарелок.

Длина элементарного участка колонки, на котором достигается состояние равновесия между концентрацией вещества в подвижной и неподвижной фазах, называется условно высотой, эквивалентной теоре-

тической тарелке (ВЭТТ).

Существует простая зависимость:

где L –длина хроматографической колонки, см; N –число теоретических тарелок

Число теоретических тарелок связано с параметрами хроматографического пика соотношениями:

где lR/ , tR/ , VR/ – приведенные (исправленнные) расстояние, мм, вре-

мя, мин, объем удерживания, мл, соответственно; w1/ 2 – ширина хрома-

тографического полупика (ширина пика, измеренная на ½ его высоты), мм.

Число теоретических тарелок зависит от длины колонки и свойств сорбента. ВЭТТ зависит только от типа сорбента и характера его упаковки в колонке. Чем больше N и меньше ВЭТТ для колонки, тем эффективнее происходит разделение на колонке.

Выполнение работы: На газовом хроматографе в идентичных условиях, но с разными хроматографическими колонками поочередно снимают хроматограммы полученной контрольной смеси. Условия

51

хроматографирования определяются природой анализируемой смеси. На полученных хроматограммах измеряют расстояния удерживания пиков отдельных компонентов смеси и индивидуальных веществ. Рассчитывают их объемы удерживания (времена удерживания). Затем рассчитывают число теоретических тарелок N, высоту, эквивалентную

теоретической тарелке Н, критерии разделения α 21 и КС и оценивают эффективность колонок. Результаты оформляют в виде таблицы.

ИОНООБМЕННАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ

Работа 1. Определение содержания в растворе нейтральных солей

Цель работы: определить содержание в растворе нейтральных солей с применением катионита.

Сущность работы. Определение основано на том, что при пропускании раствора нейтральной соли (например, KCl, NaNO3, K2SO4 и др.) через колонку с сильнокислотным катионитом в H +- форме катионы соли обмениваются на ионы водорода, при этом выделяется сильная кислота в количестве, эквивалентном содержанию соли в растворе:

RH + KCl Ђ RK + HCl

Количество выделившейся кислоты в элюате ( элюат – раствор, вытекающий из колонки) определяют титрованием щелочью:

HCl + KOH Ђ KCl + H2O

В качестве сильнокислотного катионита можно использовать в этом случае катионит марки КУ-2 в H+-форме.

Выполнение работы

1.Готовят колонку с катионитом к работе, проверяя элюат из колонки на нейтральность. Для этого отбирают в маленькую пробирку вытекающий из колонки раствор и прибавляют индикатор метилоранж. Если при этом окраска раствора в пробирке станет желтой, то считают, что элюат имеет нейтральную среду, и колонка с катионитом готова к проведению дальнейших работ. В случае, если метилоранж в элюате окрашен в розовый или оранжевый цвет, через колонку с катионитом пропускают небольшими порциями по 10-15 мл дистиллированную воду до тех пор, пока среда элюата не станет нейтральной.

2.Анализируемый раствор нейтральной соли, помещенный в мерную колбу вместимостью 100мл, доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Отбирают пипеткой 10 мл раствора

ипропускают через подготовленную колонку с катионитом со скоростью примерно 2 капли в 1 секунду. Вытекающий из колонки раствор собирают в коническую колбу. Для полного вымывания выделившейся

52

кислоты через колонку пропускают дистиллированную воду небольшими порциями по10-15 мл, собирая промывные воды в ту же коническую колбу, до тех пор, пока среда в элюате не станет нейтральной (проверяют по метилоранжу, отбирая небольшие порции элюата в пробирку). Затем содержимое конической колбы оттитровывают 0,01н раствором KOH в присутствии метилового оранжевого (раствор титранта готовят заранее в мерной колбе вместимостью100мл разбавлением 0,1н KOH). Определение нейтральной соли проводят до получения 3-х воспроизводимых результатов.

Содержание соли, m, мг вычисляют по формуле:

где С – молярная концентрация эквивалента рабочего раствора, МЭ – молярная масса эквивалента анализируемой соли, г/моль; Vк – общий объем анализируемого раствора, мл; Vа – аликвотная часть анализируемого раствора, мл.

Примечание: при выполнении работы следует помнить, что над слоем катионообменника все время должна находиться жидкость. В случае образования в колонке пузырьков воздуха катионообменник следует взрыхлить стеклянной палочкой.

Работа 2. Определение динамической обменной емкости катионита

Цель работы: определить динамическую обменную емкость катионита

Сущность работы. Свойство ионита поглощать определенное количество ионов из раствора характеризуется обменной емкостью. Обменную емкость выражают количеством миллимоль-эквивалентов обменивающегося иона на единицу массы сухой смолы или объема набухшего ионита (мэкв/г или мэкв/мл).

В настоящее время ионный обмен широко используется для устранения жесткости природных вод, которая обусловлена наличием в воде солей кальция и магния. При пропускании такой воды через колонку с катионитом в Na+-форме, катионы магния и кальция поглощаются ионитом, а вместо них в элюат поступает эквивалентное количество ионов натрия. Определение обменной емкости катионита в этой работе практически сводится к фиксированию момента проскока, когда часть ионов кальция и магния будет проходить в элюат, хотя пропускаемая через катионит жесткая вода еще будет обменивать ионы кальция и магния на ионы натрия.

53

При выполнении данной работы следует:

1.Определить жесткость пропускаемой через катионит исходной воды;

2.Определить динамическую обменную емкость катионита, пропуская исходную воду с установленной жесткостью через катионит в Na+ -форме и фиксируя момент проскока ионов кальция и магния в вытекающем из колонки растворе (элюате)

Выполнение работы

1.Определение жесткости воды

В коническую колбу вместимостью 250 мл вносят пипеткой 10 мл жесткой воды, приливают цилиндром 90 мл дистиллированной воды, 5 мл аммиачного буфера, добавляют щепотку индикатора эриохром черного или хром темно-синего. Содержимое колбы титруют раствором трилона Б, добавляя его по каплям до перехода фиолетово-красного в синий. Титрование повторяют до получения 3-х воспроизводимых результатов.

Расчет жесткости воды проводят по формуле:

где V – средний объем трилона Б, израсходованный на титрование, мл; CН – молярная концентрация эквивалента трилона Б, моль-экв/л; 10 – объем воды (мл), взятой для титрования; 1000 – множитель для перехода единиц измерения от моль-экв к ммоль-экв (мэкв)

2.Определение ДОЕ катионита.

Через ионообменную колонку с катионитом в Na+ -форме пропускают воду, жесткость которой предварительно определялась трилонометрически. Устанавливают момент проскока ионов кальция и магния в элюате. Для этого в маленькую пробирку вносят каплю раствора индикатора в аммонийном буфере и добавляют несколько капель вытекающей из ионообменной колонки воды. Если цвет содержимого пробирки голубой, проскока еще не произошло. Если у раствора наблюдается сиреневатый оттенок, то в элюате, вытекающем из колонки,уже появились ионы кальция или магния. При этом фиксируется объем пропущенной воды до проскока .т.е. объем умягченного элюата. Объем катионита вычисляют путем умножения площади сечения колонки на высоту слоя катионита. (При диаметре колонки в 2 см площадь сечения ее составляет 3.14 см2).

54

Расчет динамической обменной емкости катионообменника проводят по формуле:

где V1 – объем умягченного элюата,мл; V2 – объем катионита, см3;

Ж (H2O) – жесткость пропускаемой через колонки воды, мэкв/л; 1000 – множитель для перевода единиц измерения от мэкв/л к мэкв/м3.

Работа 3. Определение ионов никеля и цинка в смеси

с использованием разделения их на анионите

Цель работы: определить содержание никеля и цинка в смеси с использованием их предварительного разделения на анионите АВ-17 в Сl – -форме.

Сущность работы.

Для разделения катионов Zn(П) и Ni(П) используют способность ионов цинка образовывать с HCl отрицательно заряженный хлоридный комплекс [ZnCl3]–. Ионы никеля таких комплексов не образуют. При пропускании через колонку с анионообменником в Сl – -форме раствора, содержащего катионы никеля и отрицательно заряженные комплексные ионы цинка, происходит поглощение последних, а ионы никеля проходят через анионообменник в элюат.

Выполнение работы 1. Разделение цинка и никеля

В стакан емкостью 100мл помещают смесь из 1,5–3 мл 0,25 М раствора ZnSO4и 1,5–3мл 0,25 М раствора NiSO4.

К анализируемому раствору добавляют 5 мл 6 М раствора HCl, при этом катионы цинка образуют хлоридные комплексные анионы [ZnCl3]–. Полученный раствор пропускают со скоростью 1 капля в 1 секунду через колонку с анионитом АВ-17 в Сl – -форме. Вытекающий из колонки раствор, содержащий ионы никеля, собирают в коническую колбу емкостью 250 мл. Для полного вымывания из анионита ионов никеля через колонку пропускают отдельными порциями по 10-15 мл около 100мл 2М раствора HCl.

Для извлечения ионов цинка анионит промывают 100мл дистиллированной воды со скоростью 2 капли в 1 секунду. Промывание проводят отдельными порциями по 10–15 мл дистиллированной воды так, чтобы каждая новая порция прибавлялась только после полного вытекания

55