Главная страница
qrcode

Курсовая БАИР. Курсоваяработ а определение ионов натрия и аммония методом ионообменной хроматографии


Скачать 381.5 Kb.
НазваниеКурсоваяработ а определение ионов натрия и аммония методом ионообменной хроматографии
Дата28.03.2019
Размер381.5 Kb.
Формат файлаdoc
Имя файлаКурсовая БАИР.doc
ТипКурсовая
#60837
Каталог



БУРЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

К У Р С О В А Я Р А Б О Т А
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИОНОВ НАТРИЯ И АММОНИЯ МЕТОДОМ ИОНООБМЕННОЙ ХРОМАТОГРАФИИ.

Стр.__20­­­­­­­­­­­­­­­­­­___ Табл.__1__ Рис._3__

СТУДЕНТ:_ Базаров Б.Э.___________

КУРС__III___ГРУППА__13130______

РУКОВОДИТЕЛЬ:_к.х.н.,_доцент___ ____________ Баторова Г. Н._________

ЛАБОРАНТ: Намсараева Т.В._______
УЛАН-УДЭ

2005г.

_____________________________________________________________

Оглавление

Введение 4

Глава 1. Литературный обзор. 5

1.1 Ионообменная, ионная, ион-парная хроматографии 5

1.2 Селективность ионного обмена 6

1.3 Неподвижные фазы. 9

1.4 Подвижные фазы. 10

1.5 Ионообменное равновесие. 10

1.6 Кинетика ионного обмена. 12

1.7 Особенности метода ионной хроматографии. 13

1.8 Особенности метода ион-парной хроматографии. 14

1.9 Особенности лигандообменной хроматографии. 16

2.1 Определение натрия и аммония в водопроводной воде. 17

2.2 Средства измерения, реактивы, материалы. 17

2.3 Подготовка к выполнению анализа 18

2.4 Выполнение измерений. 19

2.5. Результаты определения. 20

Введение


В основе методов ионообменной (как и ионной и ион-парной) хроматографии лежит динамический процесс замещения ионов, связанных с неподвижной фазой, ионами элюента, поступающими в колонку. Основная цель хроматографического процесса — разделение органических или неорганических ио­нов с зарядом одного и того же знака. Удерживание в этих видах хромато­графии определяется изменением свободной энергии реакции ионного обме­на. Соотношение концентраций обменивающихся ионов в растворе и в фазе сорбента определяется ионообменным равновесием.


Глава 1. Литературный обзор.

1.1 Ионообменная, ионная, ион-парная хроматографии


Ионный обмен заключается в том, что некоторые вещества (ионообменники) при по­гружении в раствор электролита поглощают из него катионы или анионы, выделяя в раствор эквивалентное число других ионов с зарядом того же зна­ка. Между катионообменником и раствором происходит обмен катионов, между анионообменником и раствором — обмен анионов. Катионообменни-ки часто представляют собой специально синтезированные полимерные не­растворимые в воде вещества, содержащие в своей структуре ионогенные группы кислотного характера: -SO3H; -СООН, -ОН, -РО3Н2; -AsO3H2. Химические формулы катионообменников схематически можно изобразить следующим образом: RSO3H; RSO3Na или просто R-H, R-Na. В первом случае катионообменник находится в Н-форме, во втором — в Na-форме; R — полимерная матрица. Катионообменные реакции записывают как обычные химические гетерогенные реакции:

RH + Na+ ↔ RNa + H+

Анионообменники содержат в своей структуре ионогенные группы ос­новного характера: -N(CH3)3; =NH+2 ; ≡NH+ и др. Их химические формулы могут быть изображены как RNH3OH и RNH3C1 (или R-OH, R-C1). В первом случае анионообменник находится в ОН-форме, во втором — в С1-форме. Анионообменную реакцию можно записать следующим образом:

R-OH + Сl ↔ RC1 + OH-

Известны амфотерные ионообменники, содержащие в своей структуре и кислотные и основные группы. Ионообменники, содержащие однотипные (например, -SO3) кислотные (основные) группы, называют монофункцио­нальными; ионообменники, содержащие разнотипные (например, -SO3 и -ОН) кислотные (основные) группы, — полифункциональными. Характер ионогенных групп легко определить потенциометрическим титрованием (катионообменники титруют щелочью, анионообменники — кислотой). Кри­вые титрования ионообменников аналогичны кривым титрования раствори­мых сильных кислот, слабых кислот и их смесей.

Ионообменники получают реакциями поликонденсации либо полимери­зации. Методом поликонденсации чаще получают полифункциональные ио­нообменники, методом полимеризации — монофункциональные. Поликон­денсацию или полимеризацию необходимо провести так, чтобы полученные линейные цепи были достаточно разветвлены и связаны друг с другом «мостиками». При получении катионообменников полимеризационного типа чаще в качестве сшивающего агента для создания межцепных (поперечных) связей применяют дивинилбензол (ДВБ). Пористость (сетчатость) ионооб-менника определяется степенью сшивания матрицы, которая характеризует­ся процентным содержанием ДВБ в полимерной смеси стиролов, используе­мых для синтеза. Процесс сшивания управляем, поэтому можно получать ионообменники нужной пористости. Процент ДВБ обычно составляет от 1 до 16. Наиболее часто используемые ионообменники содержат 4—9% ДВБ.

Максимальное количество ионов, которое может связать ионообменник, определяется его теоретической емкостью, последняя совпадает с содержа­нием в ионообменнике ионогенных групп. Емкость относят к единице массы или объема и обычно выражают в миллиэквивалентах или миллимолях на 1 г сухого или на 1 мл набухшего ионообменника в Н- или Cl-форме.

Ионообменники нерастворимы в воде, но если сухой ионообменник по­местить в воду, он будет ее поглощать, происходит его набухание. Причиной набухания является наличие в структуре ионообменников гидрофильных ионогенных групп. Чем их больше, чем выше емкость сорбента, тем более он склонен к набуханию. Набухание зависит не только от числа ионогенных групп, но и от их природы, степени ионизации, заряда противоиона, от кон­центрации внешнего раствора (чем она меньше, тем больше набухание). Ко­нечно, чем больше плотность матрицы (т. е. содержание ДВБ), тем меньше набухание ионообменника. В аналитической практике набухание может играть отрицательную роль — нарушается упаковка колонки (слой «дышит»). Поэтому в высокоэффективной ионообменной, ионной и ион-парной хрома­тографии применяют ионообменники малой емкости со сравнительно проч­ной структурой матрицы (практически ненабухающие).

1.2 Селективность ионного обмена




Ионообменники, содержащие в своей структуре сильнокислотные или сильноосновные группы, вступают в реак­ции обмена с любыми ионами раствора, обладающими зарядом того же зна­ка, что и знак противоиона. Такие ионообменники называют универсальными.

Экспериментально установлены ряды сродства, или селективности, ио­нов по отношению к ионообменникам. Так, при низких концентрациях рас­твора на сильнокислотных катионообменниках ионы с одинаковым зарядом сорбируются в такой последовательности:

Li+ < Na+ < K+ < Rb+ < Cs+

Mg2+ < Ca2+ < Sr2+ < Ba2+

Для ионов с разными зарядами сорбируемость увеличивается с увеличе­нием заряда:

Na+ < Са2+ < А13+ < Th4+

Можно наблюдать обращение ряда с изменением условий проведения реак­ции ионного обмена. Ряды сродства установлены и для анионообменников, например для сильноосновного анионообменника сорбируемость анионов увеличивается в ряду

F < ОН< Сl < Вr < NO3 < I < SCN < CIO4

Для решения практических задач варьируют условия разделения эле­ментов подбором подходящей подвижной фазы (концентрация, рН, ионная сила, состав). Способы достижения селективности различны (например, при­сутствие органического растворителя в подвижной фазе); влияя на устойчи­вость и состав комплексов разделяемых компонентов, можно выделить мно­гие элементы (рис. 1).




Рис. 1. Разделение анионных хлоридных комплексов Cd, Zn, Fe(III). Pb. Cu, V(IV), Mn, Ni, U(VI), Co(II), Fe(II) на анионообменнике с использованием градиентного элюирования равствором HCl, содержащим ацетон
Повышения селективности ионообменников можно добиться и другими путями. Так, изменяя пористость сорбента, т. е. число поперечных связей в матрице, можно создать ионитовые сита, проницаемые для одних ионов и способные к их обмену и непроницаемые для других. Можно также изменить природу и взаимное расположе­ние ионогенных групп, а также получить сорбенты, способные к селективным хими­ческим реакциям за счет комплексообразования в фазе ионообменников.

Высокой селективностью обладают хелатообразующие ионообменники, содер­жащие в своей структуре комплексующие группы органических реагентов диметилглиоксима, дитизона, 8-оксихинолина и др. (см. разд. 6.24).

Так, сорбенты, содержащие краун-эфиры, поглощают ионы щелочных, щелочно-земельных и некоторых других: элементов. Однако во всех случаях ионообменное равновесие определяется доминирующей реакцией противоионов с ионогенными группами матрицы, с коионами в растворе и с водой в обеих фазах.

1.3 Неподвижные фазы.


В ионообменной, ионной и ион-парной хромато­графии в качестве неподвижных фаз используют неорганические и органиче­ские ионообменные материалы. Наибольшее значение имеют синтетические макро- и микросетчатые органические ионообменники. Эти ионообменники имеют большую обменную емкость (3—7 ммоль/г), их используют в класси­ческой ионообменной хроматографии, а также в ионной хроматографии в компенсационных колонках. Микросетчатые ионообменники способны к обмену ионов только в набухшем состоянии, макросетчатые — в набухшем и ненабухшем состояниях. Другим структурным типом ионообменников явля­ются поверхностно-пленочные ионообменники, твердая сердцевина которых изготовлена из сополимеров стирола и дивинилбензола, стекла или силикагеля и окружена тонкой пленкой ионообменника. Толщина пленки 1 мкм, общий диаметр частицы 40 мкм. Недостатком таких сорбентов является дос­таточно большой диаметр их частиц и малая емкость из-за низкой удельной поверхности, что вынуждает работать с малыми пробами и высокочувстви­тельными детекторами. Эти сорбенты достаточно быстро отравляются, их не регенерируют.

Большое распространение в ВЭЖХ получили объемно-пористые сор­бенты с диаметром частиц 5—10 мкм. Поэтому в ионной хроматографии применяют объемно-пористые полистирольные ионообменники с dp 10 мкм, объемно-пористые кремнеземы с dp 5—10 мкм, поверхностно-пористые ионообменники, практически не набухающие, емкостью 0,02—0,05 ммоль/г, а также поверхностно-модифицированные ненабухающие сополи­меры стирола и дивинилбензола с ионогенными сульфо- или аминогруппами емкостью 0,01—0,2 ммоль/г и диаметром частиц 40—60 мкм. Например, зерно латексного анионообменника состоит из трех слоев. Ядро представляет собой инертный сополимер стирола и ДВБ, затем следует катионообменный слой сольватированных сульфогрупп; последний слой (ионогенный) — аминированный латекс толщиной 0,1—0,5 мкм.

В ион-парной хроматографии используют (см. разд. 8.7.1) «щеточные» сорбенты — силикагели с привитыми обращенными фазами С2, Cg, Clg. Эта фаза легко превращается в катионо- или анионообменник при поглоще­нии из подвижной фазы ионогенных поверхностно-активных веществ, на­пример алкилсульфатов или солей четвертичных аммониевых оснований.

1.4 Подвижные фазы.


Хроматографические разделения с использованием ионообменников чаще всего проводят в водных растворах, так как вода об­ладает прекрасными растворяющими и ионизирующими свойствами. Под действием воды молекулы пробы мгновенно диссоциируют на ионы, ионогенные группы ионообменников гидратируются и также переходят в полно­стью или частично диссоциированную форму. Это обеспечивает быстрый обмен противоионов. На элюирующую силу подвижной фазы основное влияние оказывают рН, ионная сила, природа буферного раствора, содержа­ние органического растворителя или поверхностно-активного вещества (ион-парная хроматография).

Значение рН выбирают в зависимости от природы ионогенных групп разделяе­мых ионов, природы матрицы. С сильнокислотными и сильноосновными ионообменниками можно работать в интервале рН 2—12, со слабокислотными 5—12, слабоос­новными 2—6. Сорбенты на основе кремнезема из-за растворения матрицы нельзя использовать при рН > 9. При разделении слабых оснований рН = рК -1,5, а при разделении слабых кислот рН = рК + 1,5. Ионная сила подвижной фазы влияет на емкость ионообменника. Обычно с увеличением ионной сипы сорбция ионов умень­шается, возрастает элюирующая сила подвижной фазы. Поэтому в начале разделения подвижная фаза должна иметь малое значение ионной силы (0,05—0,1), конечное значение не должно превышать 2. При градиентном элюировании часто используют буферы с увеличивающейся ионной силой.

Для селективного элюирования поглощенных ионов можно использо­вать воду, буферный раствор (фосфатный, ацетатный, боратный, гидрокар­бонатный и др.) с определенным значением рН и ионной силы, растворы минеральных (соляная, азотная, серная, фосфорная) и органических (фенол, лимонная, молочная, винная, щавелевая, ЭДТА) кислот. Выбор элюента об­легчается тем, что предельные коэффициенты распределения большинства
элементов между водными (водно-органическими) растворами многих ком-плексообразующих реагентов и ионообменниками стандартного типа опре­делены и представлены в таблицах.


1.5 Ионообменное равновесие.


Процесс ионного обмена обратим и сте-хиометричен. Состояние равновесия, к которому стремится система, назы­вают ионообменным равновесием

А* + В → А + В*

где А, В — ионы в растворе; А* , В* — ионы в фазе ионообменника. Термо­динамическая константа равновесия определяется соотношением



где аА , ав, аА, ав— активности соответствующих ионов в растворе и в фазе ионообменника; уА, уА, ув, ув— коэффициенты активности; хА, хв— эквивалентные доли противоионов А и В в ионообменнике; хА, хв— эквивалентные доли тех же ионов в растворе; хА + хв = 1, хА+ хв = 1.

Количественный расчет равновесия затруднен, так как не существует независимых способов определения отношения коэффициентов активности в фазе ионообменника (см. разд. 7.6.3). Для описания ионообменного равнове­сия используют коэффициент селективности, исправленный коэффициент селективности и коэффициент распределения.

Коэффициент селективности отражает суммарный резуль­тат всех взаимодействий в фазе раствора и в фазе ионообменника, а также характеризует относительную способность ионообменника извлекать один из двух ионов из данного раствора, т. е. в количественной форме выражает от­носительный ионный состав двух фаз.

Для обмена противоионов разного заряда выражение для коэффициента селективности приобретает вид



где а и b— заряды ионов А и В. Коэффициент селективности вычисляют из экс­периментальных данных. Если обменивающиеся ионы имеют одинаковый по величине заряд, то kB/Aне зависит от единиц измерения концентраций в фазах

раствора и сорбента. При обмене ионов с различным числом зарядов числовое значение kB/Aзависит от размерности концентраций в обеих фазах. Для выра­жения концентраций в растворе обычно используют моляльные и эквивалентные доли, для фазы ионообменника—молярные либо эквивалентные доли.
Исправленный коэффициент селективности получают, заменяя в выра­жении для коэффициента селективности эквивалентные доли ионов А и В в растворе активностями:



Отношение уАвпоказывает, насколько стремление иона В покинуть фазу раствора больше или меньше, чем стремление иона А. Используя ис­правленный коэффициент селективности вместо коэффициента селективно­сти, мы как бы исключаем ту долю селективности, которая зависит от свойств раствора и обусловлена взаимодействиями в растворе.

Для описания ионообменного равновесия на практике чаще используют коэффициент распределения D, который определяют в статических или ди­намических условиях. При помощи коэффициента распределения рассчиты­вают удерживаемые объемы разделяемых ионов:

VR = Vm + DVs.

Для понимания процессов ионного обмена и ионной хроматографии по­лезно кроме самого ионообменного равновесия рассматривать и скорость его установления.

1.6 Кинетика ионного обмена.


При ионном обмене происходит перенос противоионов в фазе ионообменника и в растворе к границе раздела фаз и от нее. Переносу ионов в растворе к поверхности раздела фаз способствует пе­ремешивание. Однако даже при самом эффективном перемешивании раство­ра зерно ионообменника окружено неподвижной жидкой пленкой раствора толщиной примерно 10" —10" см. Процесс ионного обмена между зернами ионообменника и хорошо перемешиваемым раствором сводится к трем по­следовательным стадиям: диффузия обменивающихся противоионов через стационарную пленку, окружающую зерно ионообменника (пленка Нернста); диффузия их в зерне ионообменника; химический обмен. Последняя стадия протекает практически мгновенно, поэтому ионный обмен рассматривают как чисто диффузионный процесс, скорость которого определяется самой медленной стадией; либо диффузией в пленке (пленочная кинетика), либо диффузией в зерне (гелевая кинетика).

Диффузия в пленке может быть скоростьопределяющей стадией в системе с вы­сокой концентрацией фиксированных ионов, малой степенью поперечной связанно­сти ионообменника, небольшим размером зерен, низкой концентрацией раствора (< 0,01 М). При обмене в концентрированных растворах (> 0,01 М) лимитирующая ста­дия, как правило, — диффузия в геле. Скорость обмена в большинстве хроматогра-фических колонок определяется диффузией в зерне. При средних скоростях потока подвижной фазы в колонке и больших значениях коэффициента распределения ли­митирующей стадией является диффузия в пленке. При увеличении скорости потока подвижной фазы уменьшается толщина пленки Нернста, скорость массообмена растет.
При использовании поверхностно-пленочных сорбентов с толщиной ио-ногенного слоя 1—3 мкм или поверхностно-модифицированных латексных анионообменников с толщиной ионогенного слоя 0,1—0,5 мкм достигается высокая скорость массопереноса благодаря тому, что путь диффузии обме­нивающихся ионов чрезвычайно короткий, вклад продольной и вихревой диффузии в размывание хроматографической полосы уменьшается, что и обеспечивает получение высокоэффективных колонок.

1.7 Особенности метода ионной хроматографии.


Это экспрессный метод определения органических и неорганических ионогенных соединений, соче­тающий ионообменное разделение с высокочувствительным кондуктометри-ческим детектированием. Последнее возможно только при низкой фоновой электропроводности. Используют двух- и одноколоночный варианты.

В основу метода положено: элюентное ионообменное разделение катио­нов или анионов в разделяющей колонке, заполненной ионообменником низ­кой емкости; подавление фонового сигнала элюента в подавляющей (компенсационной) колонке, заполненной ионообменником с высокой емко­стью; кондуктометрическое детектирование ионов после разделения (двухколоночный вариант).

При разделении катионов с использованием в качестве элюента 0,001 М НС1 в разделяющей колонке с катионообмеюшком происходит ионный обмен

RH + MC1 → RM + HC1

и разделение катионов. В подавляющей колонке на анионообменнике в ОН-форме происходит обмен анионов элюента и анионов разделяемых солей на ОН-группы анионообменника:

ROH + HC1 → RC1 + H2O (для элюента)

ROH + MC1 → RC1 + MOH (для разделяемых ионов)

В результате элюент преобразуется в воду, а разделяемые ионы М+ кондуктометрически детектируются в виде гидроксидов (сильные электролиты).

При разделении анионов с использованием в качестве элюента 0,001 М NaOH в разделяющей колонке, заполненной анионообменником, происходит анионный об­мен и разделение анионов:

ROH + MA → RA + MOH

В подавляющей колонке на катионообменнике большой емкости катионы образца и элюента обмениваются на противоины катионообменника, в результате чего элюенг преобразуется в воду, а анионы А детектируются в виде сильных кислот (НА):

RH + NaOH → RNa + H2O (для элюента)

RH + МА → RM + НА (для разделяемых ионов)

Если подавляющая колонка с катионообменником полностью переходит в соле­вую форму, ее регенерируют 0,25 М серной кислотой:

2RNa + H2SO4 →2RH + Na2SO4
При разделении анионов в качестве элюентов часто используют карбонат и гид­рокарбонат натрия, тогда реакции в подавляющей колонке можно записать так:



При использовании элюентов с низкой электрической проводимостью кондуктометрический детектор присоединяют непосредственно к разделяю­щей колонке. Такой вариант ионной хроматографии назван одноколоночным. В качестве элюентов применяют ароматические кислоты или их соли, рН элюентов изменяется от 3 до 8. Используют и другие детекторы, напри­мер спектрофотометрический, люминесцентный, полярографический — в этом одно из преимуществ одноколоночного варианта. Однако пределы об­наружения ионов в одноколоночном варианте ионной хроматографии обыч­но выше, чем в двухколоночном, а линейность градуировочного графика находится в более узком интервале. Примеры эффективных разделений ме­тодом ионной хроматографии приведены на рис. 8.27 и 8.28.

1.8 Особенности метода ион-парной хроматографии.


Этот метод расши­ряет возможности использования ВЭЖХ и сорбентов на основе силикагеля с привитыми алкильными группами С8 — С18 и позволяет определять ионизи­рованные вещества. Последние обычно слабо удерживаются на неполярной поверхности силикагеля, содержащей связанные алкильные группы, из-за высокой растворимости в полярной подвижной фазе (например, в воде), бы­стро элюируются и поэтому плохо разделяются. Для увеличения взаимодей­ствия ионогенных соединений с неполярной неподвижной фазой ее динамически


модифицируют, т. е. в элюент вводят небольшое количество (10 2—10 3 М) вещества, называемого ион-парным реагентом, обычно имеющим достаточ­но большую органическую часть и хорошо адсорбирующимся алкилированным силикагелем. Адсорбированный реагент модифицирует поверхность сорбента таким образом, что она становится аналогичной поверхности обычного ионообменника.

В качестве ион-парного реагента часто используют алкиламины, алкилсульфонаты, алкилсульфаты и другие ионогенные поверхностно-активные вещества.

Возможны два механизма удерживания и разделения ионных соединений мето­дом ион-парной хроматографии.

1. Ион-парный реагент сорбируется на обращенной фазе за счет неспецифиче­ ских взаимодействий, например с октадецилсиланом. В зависимости от природы ион- парного реагента полученный при этом сорбент можно рассматривать как катионо- или анионообменник. Так, для разделения Ag, Cu, Ni, Co, Аи и Fe(ffi) в виде анион­ ных комплексов с цианидом в качестве ион-парного реагента в подвижную фазу

(метанол) вводят водный 2,5 -10-3 М раствор гидросульфата тетрабутиламмония (65:35). Обращенная фаза превращается в анионообменник, на котором за 30 мин может быть выполнен анализ смеси рассматриваемых анионов. Если поверхность неполярного сорбента модифицировать перхлорат-, хлорид- и бромид-ионами, алкилсульфонатом (RSOj) или алкилсульфатом (RSO4), то сорбент будет выступать в роли катионообменника.

2. Ион-парный реагент образует с разделяемыми соединениями ионную пару в растворе, которая в соответствии со своими свойствами сорбируется на обращенной фазе кремнийорганическим сорбентом. Примером является разделение ароматиче­ ских кислот (HR). В подвижную фазу вводят хлорид тетрабутиламмония (ТБА), что при­ водит к образованию ионных пар в подвижной фазе ТБА+ + HR-»[RTBA+] + H+ . Эти пары лучше удерживаются поверхностью силикагеля и более селективно за счет неспецифических взаимодействий с привитыми алкильными цепями (рис. 8.29).

1.9 Особенности лигандообменной хроматографии.


Сущность метода за­ключается в том, что ион-комплексообразователь (Ag, Fe, Co, Ni, Cu, Co, Hg и др.), жестко связанный с ионогенной группой ионообменника, неподвижен и может обменивать координированные им лиганды на другие, находящиеся в подвижной фазе. Основное условие лигандообменной хроматографии — лабильность комплексных соединений, образуемых металлом с разделяемы­ми лигандами. Только в этом случае происходит быстрое замещение одного лиганда в фазе сорбента другим.

Метод лигандообменной хроматографии был предложен Ф. Гельферихом (1961), который для выделения диамина из разбавленного аммиачного раствора использовал хроматографическую колонку, заполненную ионообменником, насыщенным аммиакатом меди Cu(NH3)2+ .
Глава 2. Экспериментальная часть.

2.1 Определение натрия и аммония в водопроводной воде.


Методика предназначена для определения содержания катионов натрия и аммония в водопроводной воде. Диапазоны определяемых концентраций составляют 1-20 мкг/л для натрия и 500-1000 мкг/л. Время необходимое для выполнения одного определения 12 мин.

ПОКАЗАТЕЛИ ТОЧНОСТИ. Относительная погрешность определения натрия и аммония составляет 10%.

СУЩНОСТЬ МЕТОДА.

Разделение катионов натрия и аммония в конденсате происходит на специфической катионообменной колонке. Элюирующий фон уменьшается на подавительной колонке с анионитом большой емкости. Детектирование осуществляется кондуктометром.

2.2 Средства измерения, реактивы, материалы.


  1. Хроматограф жидкостный ионный "Цвет-3006М", или ХПИ-1.

  2. Весы лабораторные аналитические не ниже второго класса точности типа ВЛР-200.

  3. Колбы мерные исполнения 2, 2-го класса точности вместимостью 25 мл, 500 мл, 1000
    мл по ГОСТ 1770-74.

  4. Колбы кварцевые вместимостью 1000 мл по ГОСТ 19908-90 для воды.

  5. Пипетки исполнения 3 (или 4), 2-го класса точности вместимостью, мл 1.0, 2.0, 5.0,
    10.0 по ГОСТ 29228-91.

  6. Цилиндры мерные исполнения 1 или 2 вместимостью 1000 мл.

  7. Колонка хроматографическая разделительная

  8. Колонка хроматографическая подавительная, заполненная анионитом большой
    емкости типа АРА фракции 50-100мкм, 50*6 мм.

3.9. Кислота азотная, хч по ГОСТ 4461-77.

  1. Гидрооксид натрия, хч по ГОСТ 4328-77.

  2. Вода деионизованная с удельной электропроводностью 0.1мкСм.

  3. Натрий хлористый, хч 4233-77.

  4. Аммоний хлористый, хч.


ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ АНАЛИЗА.

Колонка разделительная

Элюент - 0.001 Н НNO 43 0.

Время выполнения анализа -12 мин.

Обьем дозируемой пробы -100 мкл.

Расход элюента -1 мл/мин.

Шкала чувствительности - "2" или "4".

2.3 Подготовка к выполнению анализа


1. Приготовление растворов.

1.1. Приготовление элюента.

Исходным раствором для приготовления элюента является раствор 0.1Н азотной кислоты. Для приготовления элюента 10 мл исходного раствора вводят в мерную колбу на 1000 мл и доводят до метки деионизованной водой.

1.2. Приготовление регенерирующего раствора.

Регенерирующим раствором является 0.5 М раствор гидрооксида натрия. Навеску 20 г едкого натра взвесить на аналитических весах, навеску поместить в фарфоровый стакан, вместимостью 1000 мл и разбавить 500-700 мл бидистиллированной водой. Так как растворы щелочей выщелачивают стекло, то хранить приготовленный раствор нужно в полиэтиленовой емкости.

3. Приготовление градуировочных смесей.

Для приготовления основного стандартного раствора с массовой концентрацией натрия 1.0 г/л берут навеску соли NaCl (ХЧ) 2.5420 г, растворяют в деионизованной воде и доводят обьем до 1000 мл.

Для приготовления основного стандартного раствора с массовой концентрацией 1.000 г/л берут навеску соли хлористого аммония (ХЧ) 2.9654 г, растворяют в деионизованной воде и доводят обьем до 1000 мл.

Для приготовления вспомогательного стандартного раствора с массовой концентрацией натрия 1.000 мг/л отбирают 1 мл основного стандартного раствора в мерную колбу на 1000 мл и доводят до метки деионизованной водой.

Для приготовления градуировочной смеси N1, содержащей 5 мкг/л иона натрия и 500 мкг/л иона аммония берут 5 мл вспомогательного стандартного раствора натрия и 0.5 мл основного стандартного раствора аммония в колбу на 1000 мл и доводят до метки деионизованной водой.

Для приготовления градуировочной смеси N2 содержащей 10 мкг/л иона натрия и 1000 мкг/л иона аммония берут 10 мл вспомогательного раствора натрия и 1 мл основного стандартного раствора аммония в колбу на 1000 мл и доводят до метки деионизованной водой.

Градуировочные растворы готовят ежедневно и хранят в полиэтиленовой посуде.

Все мерные колбы, пипетки, емкости для отбора проб должны быть новыми, т.е. не бывшими в контакте с концентрированными растворами реактивов. всю используемую в работе посуду моют раствором соляной кислоты, многократно ополаскивают дистиллированной водой, затем ополаскивают не менее 3-х раз деионизованной водой. Лабораторную посуду, используемую непосредственно для приготовления стандартных

растворов и емкости для отбора проб с крышками, прокладками, пробками следует вымачивать в деионизованной воде не менее 3-х суток.
ПОДГОТОВКА ХРОМАТОГРАФА К РАБОТЕ.

Устанавливают петлю-дозатор обьемом 100 мкл. Заполняют гидравлическую систему хроматографа элюентом. Выводят хроматограф на режим. Для этого через гидравлическую систему прокачивают элюент со скоростью 1 мл/мин, регистрируя с помощью самописца уровень шумов и дрейф нулевой линии. При этом клавиша "множитель шкалы" устанавливается в положение "2". Когда нулевая линия на диаграмме самописца будет ровной и вертикальной линией, хроматограф готов к работе.

2.4 Выполнение измерений.


1). Градуировка хроматографа.

На САА-06-03 задают режим для градуировки хроматографа:

режим - 2; количество пиков - 2; полуширина - 20; порог - 500;

метод - 3; количество смеси -100.

На карте пика задают: для натрия для аммония

время 250сек 450 сек

концентрация 5 мкг/л 500 мкг/л.

Блок автоматического дозирования (БАД) включают и устанавливают в положение "отбор пробы", затем подставляют градуировочный раствор N1 и прокачивают через петлю дозатора 1-1.5 мл. После промывки петли переводят кран дозатор в положение "анализ" и включают кнопку "анализ" на пульте управления САА-06-03.

После окончания анализа (через 10-12 мин) на нижнем поле экрана САА появятся значения времен удерживания, высот, площадей пиков натрия (пик 1) и аммония (пик 2). Установить на табло пик N1 и нажать кнопку ГР. Установить на табло пик N2 и нажать кнопку ГР. После этого система будет находиться в режиме градуировки по натрию и аммонию.

На карте пика установить концентрации для натрия 10 мкг/л и для аммония 1000 мкг/л. прокачать через петлю дозатора пробу N2. После промывки перевести кран-дозатор в положение анализ и нажать кнопку "анализ" пульта управления САА.

По окончании анализа на экране появяться значения времен удерживания, высот и площадей. Нажимаем клавишу САА "ГР", затем "К.ГР.".

Рассчитанные значения коэффициентов А и В переписываются в параметры "коэф-нт" и "конц-ция" данного пика. Результаты расчетов можно вывести на печатающее устройство.

9.2. Ход анализа. Для выполнения анализа пробы конденсата необходимо ввести на САА-
06-03 режим 1, метод 1. Анализируемую пробу конденсата вводят в хроматограф, промывая
петлю крана-дозатора. После окончания анализа на табло высвечиваются значения
концентрации натрия (пик 1) и аммония (пик 2) в мкг/л.

2.5. Результаты определения.





С помощью данного метода получены следующие значения:

C(Na+) = 14,48*25/1000 = 0.0300 мэкв/л

С(NH4+) = 16,03*25/1000= 0.0012 мэкв/л.

Выводы

  1. Проведены количественные определения катионов натрия и аммония с помощью ионообменной хроматографии.

  2. Сделано заключение, что метод ионообменной хроматографии позволяет определить содержание катионов с высокой степенью точности

  3. Отмечено, что данная методика является более достаточно трудоемкой, а также предполагает использование токсичных реактивов.

Список использованной литературы


  1. Золотов Ю. А. Основы аналитической химии. - М.: Высш. школа., 2002.

  2. Васильев В.П. Аналитическая химия. Физико-химические методы анализа. – М.: Дрофа, 2002.

  3. Zilka S.S. Biochem. J., 1927, v. 2-1, p. 689.

  4. Анал. химия. Лабор. практикум/ В.П. Васильев. – М.: Дрофа, 2004.

  5. Васильев В.П. Теоретические основы физико-химических методов анализа: Учеб. пособие для студентов вузов. – М.: Высш. школа, 1979.


перейти в каталог файлов


связь с админом