Хроматографический метод анализа

В 1903 г. русским ученым М. С. Цветом для разделения компонентов сложной смеси предложен хроматографический метод анализа.

Хроматографический метод анализа основан на физико-химических явлениях - адсорбции, ионном обмене и др.

В настоящее время в практике химического анализа применяются адсорбционная, распределительная, ионообменная, газовая и другие виды хроматографии. Вследствие этого хроматографический метод анализа является универсальным и непревзойденным при разделении компонентов, мало отличающихся по своим физико-химическим свойствам.

Наряду с другими видами хроматографии при анализе металлов широко применяется ионообменная хроматография, основанная на свойствах отдельных элементов образовывать в солянокислых растворах комплексные соединения (BiСl₄]^-, [РbСl₄]^2-, [СuСl₄]^2-, [СоСl₆]^4-, [FeCl₄]^- и различной степени устойчивости их на колонке при изменении рН среды, на использовании амфотерности металлов и т. д. Если, например, раствор, состоящий из солянокислых солей кобальта и железа, 8-н. по соляной кислоте, пропустить через колонку с анионитом, то оба компонента адсорбируются. Пропусканием через колонку 4-н. раствора соляной кислоты вымывают кобальт. Затем через колонку пропускают 0,5-н. раствор той же кислоты и вымывают железо.

Таким образом, хроматографическим методом можно разделить кобальт и железо.

Сорбция кобальта и железа из солянокислых растворов происходит по схеме:

Отделение анионов от катионов на катионите идет по уравнению:

В данном уравнении показано отделение ионов фосфора от катионов.

Как катиониты, так и аниониты являются электролитами, одна часть которых трудно растворима, а другая, несущая противоположный заряд, легко переходит в раствор.

Прочность химической связи иона металла со смолой зависит от величины заряда и радиуса иона. Многовалентные ионы с меньшим радиусом будут более прочно удерживаться катионитами.

Если катионы имеют одинаковые заряды, то поглощение растет с уменьшением радиуса иона:

В качестве ионитов применяют смолы: КУ-2, ЭДЭ-10П, ТМ, АВ-16, АВ-17.

По своим свойствам ионообменники делятся на две группы: смолы, обладающие свойствами сильных кислот и способные к обмену катионов, называются катионитами; смолы, обладающие свойствами сильных оснований и способные к обмену анионов, называются анионитами.

Молекулы катионита имеют в своем составе активные кислые группы: SO₃H, СН2 - СН₃Н, СООН. Молекулы анионита содержат основные группы: NH₂ - NH и т. д.

Катиониты применяют в водородной форме (Н⁺) и других формах в зависимости от определяемого элемента. Аниониты применяют в формах (ОН^-), Сl^- и др.

В процессе обмена ионов на адсорбенте протекает химическая реакция, к которой применим закон действующих масс, а сам процесс обмена является обратимым.

На обмен ионов оказывает влияние рН раствора, концентрация обменивающихся ионов, структура адсорбента и другие факторы, которые должны учитываться при разделении катионов или анионов.

Аппаратура. Основной частью прибора является хроматографическая колонка, состоящая из стеклянной трубки с суженным концом и краном. В качестве колонки обычно применяют обыкновенную бюретку высотой 45-50 см и площадью сечения 0,62 см², в нижней части которой помещается тампон из стеклянной ваты, а сверху него - слой анионита в количестве 8-10 г (рис. 10).

Рис. 10. Колонки для хроматографического разделения

В зависимости от содержания исследуемого компонента колонки могут быть диаметром 2-3 мм, высотой 50-60 мм и менее.

Следует отметить, что техника наполнения трубки твердым пористым материалом является важной операцией при подготовке колонки и что качество подготовки нередко зависит от экспериментатора.

В нерабочем состоянии анионит, находящийся в колонке, сохраняется под водой, а перед применением его промывают слабым раствором соляной кислоты до отрицательной реакции на железо, медь, цинк и свинец, а затем переводят в необходимую форму в зависимости от определяемого элемента.

Таким образом, приборы, применяемые для хроматографического анализа, просты в изготовлении, а поэтому доступны для каждой заводской лаборатории.

При работе с колонкой необходимо следить, чтобы уровень раствора не опускался ниже уровня анионита. В противном случае в слое анионита образуются пузырьки воздуха, которые замедляют прохождение раствора через колонку.

Зарядка и перезарядка колонки происходит просто и быстро.