Тақырыбы: Хроматография. Сандық талдаудағы хроматографияның әдістері. Органикалық және бейорганикалық заттарды анықтау және бөлуде хроматографияны қолдану мақсаты
жүктеу/скачать 128,35 Kb.
|
13 практ сабақ қаз
| Иониттер, топтастырылуы, олардың қасиеті. Барлық иониттерді екі үлкен топқа бөлуге болады: органикалық және бейорганикалық. Әр топты табиғи және синтетикалық деп тағы бөледі.
Табиғи бейорганикалық иониттер. Ионалмасу хроматография тәсілінің дамуының алғашқы кезеңінде пайдаланылған. Бұл алюминий силикаттары хNа2O·yAl2O3·zSiO2 (катиониттер) және апатиттер (аниониттер). Бірақ табиғи иониттердің үлкен бір кемшілігі бар: олар химиялық тұрақсыз және алмасу сыйымдылығы төмен. Синтетикалық бейорганикалық иониттер. Силикагель (әртүрлі дәрежеде гидратталған SiO2), пермутиттер (жасанды алюмосиликаттар), титан немесе цирконийге негізделген иониттер. Бұлардың кемшіліктері табиғи иониттерге қарағанда төмен. Табиғи органикалық иониттер. Олар шымтезектің, қоңыр көмірдің, топырақтың, жүннің, целлюлозаның құрамына кіреді. Бұлардың кемшілігі: алмасу сыйымдылығы төмен, химиялық тұрақсыз, бірақ өңдеу нәтижесінде бұл кемшіліктерін азайтуға болады. Мысалы, көмірді термиялық және химиялық өңдеуден кейін сульфокөмір алуға болады. Жасанды органикалық иониттер. Ионалмасатын шайырлар. Бұл көмірсутекті тізбектен тұратын бекітілген ионогенді топтары бар кеңістікті торлы матрицалар. Оларды полимеризация немесе поликонденсация реакциялары нәтижесінде алады. Мономер ретінде көбінесе стирол, фенолдар және оның туындылары т.б. пайдаланылады. Мономерлердегі функционалды топтарды ауыстырып қажетті шайырлар даярлауға болады. Жасанды органикалық катиониттер құрамында қышқылдық топтары SO3-, COO- бар қышқылдық қасиет көрсететін қосылыстар, мысалы R-SO3H, H+ - формасы, R-SO3-Nа, Nа+-формасы. Жасанды органикалық аниониттер құрамында белсенді негіздік топтары (-NH2, =NH, N) бар негіздік қасиет көрсететін қосылыстар, R-NH3+-OH, OH- - түрі, R-NH3+-CI, CI- - түрі. Иониттің иондану дәрежесі оның табиғатына және ерітіндінің қасиетіне тәуелді. Мысалы, R-SO3H жақсы ионданады, кез келген ортада иондарға алмасады. Мұндай катиониттерді күшті қышқылды деп атайды. R-COOH қышқыл ортада иондану дәрежесі төмен, сондықтан ерітіндінің рН > 7 ортасында пайдаланылады, бұл әлсіз қышқылды катионит деп аталады. Құрамында әлсіз негіздік топтары бар аниониттер ерітіндінің рН = 7 немесе рН > 7 болған жағдайда ион алмасады. Егер аниониттің құрамына күшті негіздік топтар кіретін болса, олар кез келген ортада ионалмасу процесіне қатысады. Күшті негіздік анионит – ТУ-2, 272, AB-17, AP-18; жиі пайдаланылатын аниониттер: KУ-1, KУ-2, KУ-23, An-2ф, An-1. Иониттердің талғағыштығы. Бөлу талғағыштығы бөлінетін иондардың ионалмасу константасына негізделген. Заряд шамасы жоғары, сольватталған күйде иондық радиусы төмен, поляризациялануы жоғары иондарға шайырлардың ұқсастығы жоғары болып келеді. Мысал ретінде ионалмасудың талғағыштық қатарын келтіруге болады. Катиондар үшін: Bа2+ > Рb2+ > Sr2+ > Ca2+ > Ni2+ > Cd2+ > Cu2+ > Co2+ > Zn2+ > Mg2+ ≥ Ag+ > K+ > NH4+ > Na+ > H+ > Li+. Аниондарда иониттердің қасиеттеріне байланысты талғағыштық қатарлары өзгеруі мүмкін. Бөлінетін иондардың талғағыштығы төмен болған жағдайда, элюенттің табиғатын өзгертіп бөлу дәрежесін арттыруға болады. Сонымен қатар, элюенттің рН-ын өзгертіп, әлсіз электролиттерді ионитпен ұстап қалуына әсер етуге болады. Себебі, рН-қа байланысты олар иондық немесе молекулалық күйде болады. Ионитпен иондарды ұстап қалуына элюенттің иондық күші де әсер етеді. Бөлу дәрежесін арттыру үшін көбіне комплекс түзу реакцияларын пайдаланады, бөлінетін иондардың біреуін немесе бірнешеуін қарама-қарсы зарядталған комплексті иондарға айналдырады. Мысалы Fe3+, Cu2+, AI3+ - сульфосалицил қышқылымен қарама-қарсы зарядталған комплексті қосылыстар [Fe(R)3]3-, [AIR3]3-, [CuR2]2- түзеді. Мұнда R-cульфосалицил қышқылының қалдығы. Аммиак ерітіндісін қосқан кезде бірінші және екінші комплекстер өзгермей қалады, ал мыс комплексі бұзылып, мыс аммиакатын түзеді, осы ерітіндіні катионит арқылы өткізгенде оң зарядталған мыс комплексі катионит бетінде сорбцияланады. Ал сульфосалицилат комплекстері өзгермей қалады. Содан соң мыс иондарын тұз қышқылымен элюирлеуге болды. Ионалмасу тепе-теңдігі. Ионалмасу тепе-теңдігіне түрлі факторлар әсер етеді: иониттің қасиеті, ерітіндінің қасиеті, концентрация, температура. Ионалмасу тепе-теңдігін әрекеттесуші массалар заңымен сипаттауға болды. Жалпы түрде ионалмасу реакциясын келесі түрде көрсетуге болады: R-A + B+ R-B + A+ ионит ерітінді KAB = , мұнда KAB - ионалмасу константасы немесе талғағыштық коэффиценті; [B]u және [A]u - иондардың қатты фазадағы концентрациялары; [B+] және [A+] – иондардың сұйық фазадағы концентрациялары. Бұл шама иониттің талғағыштығын бағалауға мүмкіндік береді, неғұрлым константа шамасы жоғары болса, солғұрлым алмасу процесі толық және жоғары жылдамдықпен жүреді. Үш түрлі жағдай болуы мүмкін: 1) KAB = 1 талғағыштық байқалмайды. 2) KAB > 1 ионалмасу процесі жақсы жүреді. 3) KAB < 1 ионалмасу процесі жақсы жүрмейді. Ионалмасу константасын эксперимент нәтижесінде анықтауға болады. Екі фаза арасындағы ионалмасу процесінің жылдамдығы және тепе-теңдік орнауы иониттің, хроматографияланатын қосылыстың табиғатына, эксперимент техникасына (немесе оның орындалуына) тәуелді. Ионалмасу процесінің кинетикасын зерттеу нәтижесінде сорбенттің құрылымын, оның белсенді топтарын және олардың алмасу процесіне қатысуын анықтауға болады. Ионалмасу процесін сипаттайтын маңызды шама ол үлестіру коэффициенті – Кү. Бұл шаманы өте жиі анықтайды және иондарды хроматографиялық тәсілмен бөлу жағдайын таңдау үшін пайдаланады. Үлестіру коэффициенті иониттегі иондар мөшерінің қатынасымен анықталады. Үлестіру коэффициентін тәжірибе нәтижесінде статистикалық немесе динамикалық тәсілдермен анықтауға болады, KY = . , мұнда а - алғашқы ерітінді көлеміндегі иондардың мөлшері; b - ионитпен сорбцияланған иондардың иөлшері; V - электролит ерітіндісінің көлемі, мл; m – иониттің массасы, г. Егер бір жағдайда анықталған екі ионның үлестіру коэффициенті бірдей болса, ондай иондарды бөліп алуға болмайды. Екі ионның бір жағдайда анықталған үлестіру коэффициентінің қатынасы – бөлу коэффициенті деп аталады. Бұл шама иондарды хроматографиялық тәсімен бөліп алу мүмкіндігін сипаттайды, сондықтан иондарды бір-бірінен бөліп алу үшін бөлу факторы жоғары болуы тиіс, демек үлестіру коэффициентінің қатынасы жоғары. Бөлу факторы келесі қатынаспен анықталады DY=. Бағаналарда орындалатын ионалмасу хроматографиясы. Хроматографиялық бағана дегеніміз ұзындығы 30 cм диаметрі 1 см шүмегі бар шыны түтікшенің төменгі жағында мақта тампоны болады, иониттің нақты мөшерін су мен шыны таяқша арқылы өлшеуірге құяды, өлшеуірді толтырғанда ионит түйіршіктері арасында ауа қалмауы тиіс. Иониттің биіктігі 8-12 см болған кезде шүмекті жауып, ионит түйіршіктерінің бетін мақта тампонымен жабады. Ионит түйіршіктері қалқып шықпау үшін тампон үстінде сұйық болуы қажет. Зерттелетін иондар толық адсорбциялануы үшін қажетті жағдай жасау қажет. 1) зерттелетін ерітінді -бастапқы немесе инфлюент, 2) ағып шығатын ерітінді – эффлюент, 3) жуу үшін арналған ертінді – элюент. Ионалмасу процесінің сатылары: сіңіру сатысы, элюирлеу сатысы. Сіңіру сатысы зерттелетін ерітіндіні хроматографиялық бағана арқылы өткізу. Ертінді белгілі жылдамдықпен өтеді. Өту уақыты аралығында зерттелетін ион ионитпен толық сіңірілуі қажет, сіңіру дәрежесі өту жылдамдығының алмасу жылдамдығына қатынасымен анықталады. Неғұрлым алмасу жылдамдығы жоғары болса, солғұрлым сіңіру дәрежесі жоғары болады. Алмасу жылдамдығына әсер ететін факторлар: 1) неғұрлым ионит түйіршіктері ұсақ, соғұрлым иониттің сіңіру жылдамдығы жоғары; 2) неғұрлым ерітінінің ағу жылдамдығы төмен, соғұрлым алмасу сыйымдылығы жоғары; 3) температура жоғарлаған сайын алмасу сыйымдылығы артады; 4) бағана жіңішке және ұзын болғаны жөн; 5) иониттер әлсіз қышқылды немесе әлсіз негізді болған жөн. Элюирлеу сатысы элюирлеуді жақсарту үшін хроматографияны келесі жағдайда орндаған жөн: 1) ионит түйіршіктері ұсақ болуы тиіс; 2) ерітіндінің бағанадан ағу жылдамдығы төмен болуы тиіс; 3) элюирлеуді қышқыл ерітінділермен орындаған дұрыс. Ионалмасу хроматографиясы катиондарды, аниондарды, кедергі келтіретін қоспаларды бөлу үшін, таза препараттар алу үшін, қоспаларды бөлуде қолданылады. жүктеу/скачать 128,35 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|