Йонообмінна хроматографія

Йонообмінна хроматографія заснована на оборотному стехіометричному обміні йонів, які знаходяться в досліджуваному розчині, на рухливі йони, що входять до складу йонообмінника або йоніту. Йоніти або йонообмінники – це тверді нерозчинні речовини, здатні обмінювати свої йони на йони зовнішнього середовища. За хімічним складом йоніти підрозділяються на йонообмінники мінерального і органічного походження.

З мінеральних йонітів найбільш часто використовують силікагель, пермутит; з органічних – целюлозу, сульфовугілля і синтетичні високомолекулярні речовини – йонообмінні смоли.

Залежно від знака заряду йонів, які обмінюються, йонообмінні смоли діляться на катіоніти і аніоніти. Існують також амфотерні йоніти – амфоліт, здатні одночасно обмінювати як катіони, так і аніони.

До катіоніту відносяться речовини, що володіють властивостями кислот. Вони являють собою продукти полімеризації стиролу або конденсації фенолу і його похідних з формальдегідом. В результаті спеціальної обробки до їх складу вводяться активні кислотні групи:-SO₃H, -COOH, -OH, -PO₃H₂, -CH₂SO₃H і інші. Активні групи міцно пов'язані з органічним скелетом, вони не можуть переходити в розчин. Рухомими є тільки йони водню або катіони, які їх замінюють. Прикладом катіонітів є вітчизняні смоли КУ-2, СДВ -3, іноземні дауекс-50, амберліт IR-120 і ін. Хімічні формули катіонітів можна зобразити наступним чином: RH (катіоніт знаходиться в H-формі), R-Na (катіоніт – в Na-формі). Катіонообмінні реакції записують як звичайні хімічні гетерогенні реакції: RH + Na⁺ ↔ RNa + H⁺

Аніоніти – речовини, що володіють властивостями основ, здатні до обміну аніонів. Аніонообмінні смоли також отримують реакцією полімеризації або поліконденсації різних аміносполук, формальдегіду та ін. Основні властивості аніонітів визначаються наявністю амінних і іміногруп (-NH₂, =NH, ≡N), четвертинних амонієвих і піридинієвих угруповань. Широке застосування отримали аніоніти АН-1, Ан-2Ф, амберліт. Їх хімічні формули можуть бути зображені як R-OH (аніоніт знаходиться в OH-формі), R-Cl (аніоніт – в Cl-формі). Аніонообмінну реакцію можна записати так: R-OH + Cl^– ↔ RCl + OH^–.

Йонообмінні смоли, що застосовуються в хімічному аналізі, повинні мати наступні властивості: бути хімічно стійкими в різних середовищах; механічно міцними в сухому і набряклому стані; володіти великою поглинальною здатністю; володіти повною оборотністю процесів обміну. Йонообмінна здатність залежить від pH середовища, концентрації розчину, який хроматографується, властивостей йонів, які поглинаються, і інших факторів.

Йонообмінники, що містять сильнокислотні або сільноосновні групи, вступають у реакції обміну з будь-якими однойменно зарядженими йонами розчину. Такі йонообмінники називаються універсальними.

При низьких концентраціях розчину на сильнокислотному катіоніті йони з однаковим зарядом сорбуються в такій послідовності:

Li⁺ < Na⁺ < K⁺ < Rb⁺ < Cs⁺; Mg²⁺< Ca²⁺ < Sr²⁺ < Ba²⁺.

Для йонів з різними за величиною зарядами сорбуємість збільшується зі збільшенням заряду: Na⁺ < Ca²⁺ < Al³⁺ < Th⁴⁺.

Користуючись цими рядами, можна передбачити, які катіони і в якій послідовності елююуватимуться. Чим далі будуть перебувати один від одного йони в ряду селективності, тим легше і повніше вони будуть розділятися. Ряди спорідненості (селективності) встановлені і для аніонітів, наприклад для сильноосновного аніонообмінника сорбуємість аніонів збільшується в ряду:

F^– < OH^– < Cl^– < Br^– < NO₃^– < I^– < SCN^– < ClO₄^–.

Йонообмінний хроматографічний аналіз не вимагає складної апаратури і дозволяє розділяти і аналізувати суміші з близькими властивостями.

Контрольні питання

1. На чому ґрунтуються потенціометричні методи аналізу?

2. Який електрод називають індикаторним і який електродом порівняння?

3. У чому сутність потенціометричного визначення pH розчину?

4. Назвіть основні індикаторні електроди.

5. Які вимоги пред'являють до реакцій, які застосовують у потенціометричному титруванні?

6. Який вигляд мають криві потенціометричного титрування?

7. Які процеси протікають при електрогравіметричному аналізі?

8. Який порядок виділення металів при електролізі розчину, що містить катіони декількох металів?

9. Що називається коефіцієнтом пропускання і оптичною щільністю?

10. Яким рівнянням виражається основний закон світлопоглинання Бугера - Ламберта - Бера?

11. Які фактори можуть привести до порушення лінійної залежності оптичної щільності від концентрації розчину?

12. Які фактори необхідно враховувати при виборі товщини шару светопоглинача (кювети)?

13. В чому сутність методу градуювального графіка і які його особливості?

14. Як вибрати довжину хвилі (світлофільтр) для фотометричних визначень?

15. У чому сутність методів хроматографії?

16. Сорбенти та розчинники, які найбільш часто застосовуються в хроматографії.

17. Сутність методу йонообмінної хроматографії?

18. Сутність методу осадової хроматографії та її види.

19. Яку властивість поділюваних речовин характеризується показником R_f? У чому його фізичний зміст?

20. Які фактори впливають на величину R_f?

Дата добавления: 2014-01-04