Практическое применение ионообменной хроматографии
Типы ионообменных смол
Ионообменная хроматография
Количественный анализ в ТСХ
Количественные определения в ТСХ могут быть сделаны непосредственно на пластинке, либо после удаления вещества с пластинки. При непосредственном определении на пластинке измеряют тем или иным методом площадь пятна (например, с помощью миллиметровой кальки) и по заранее построенному градуировочному графику находят количество вещества.
Наиболее точным считается метод, в котором вещество после разделения удаляется с пластинки и анализируется спектрофотометрическим или иным методом. Удаление вещества с пластинки обычно производят механическим путем, хотя иногда применяют вымывание подходящим растворителем.
Ионообменная хроматография основана на обратимом стехиометрическом обмене ионов, находящихся в растворе, на ионы, входящие в состав ионообменника.
Применяемые в настоящее время синтетические ионообменники обладают рядом важных достоинств: они имеют высокую обменную емкость и воспроизводимые ионообменные и другие свойства, устойчивы к действию кислот и оснований, не разрушаются в присутствии многих окислителей и восстановителей. Обычно синтетический ионообменник представляет собой высокополимерное соединение, например поперечно-сшитый полистирол, содержащий различные функциональные группы, которые и определяют наиболее характерные свойства смол.
В зависимости от знака разряда функциональных групп ионообменные смолы являются катионитами или анионитами. Катиониты содержат функциональные кислотные группы [-SO3-; -COO-; -PO3-; -N(CH2CO2-)2]. Функциональными группами каркаса анионитов являются четвертичные –NR3+, третичные –NR2H+ или первичные –NH3+ аммониевые, пиридиновые или другие основания.
Важной характеристикой ионообменника является его обменная емкость. Обменную емкость ионита численно можно выразить количеством молей эквивалента противоиона на единицу массы или объема смолы.
Методы ионообменной хроматографии используют преимущественно для разделения ионов. Количественные определения компонентов после разделения могут быть выполнены любым подходящим методом.
Простейшая методика ионообменного разделения состоит в поглощении компонентов смеси ионитом и последовательном элюировании каждого компонента подходящим растворителем.
Методами ионообменной хроматографии определяют очень многие анионы в питьевой и технической воде, в продуктах технологической переработки в пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности. Методами ионообменной хроматографии определяют главным образом катионы щелочных и щелочноземельных металлов, а также органические катионы замещенных солей аммония.
5.2. Решение типовых задач по теме «Хроматографические методы»
Задача 1. Определить массовую долю (%) компонентов газовой смеси по следующим данным:
Компонент: Пропан Бутан Пентан Циклогексан
S, мм2 175 203 182 35
k 0,68 0,68 0,69 0,85
Решение: Расчеты проводим по методу внутренней нормализации, согласно которому:
ωi = Si . ki / S Si . ki . 100% ,
где ωi – массовая доля i-го компонента в смеси, %; Si – площадь пика i-го компонента; ki – поправочный коэффициент, определяемый чувствительностью детектора к i-му компоненту.
Найдем приведенную суммарную площадь пиков:
S Si . ki = 175 . 0,68 + 203 . 0,68 + 182 . 0,69 + 35 . 0,85 = 412,4.
Отсюда массовая доля (%) пропана равна
ω(пропана) = (175 . 0,68 / 412,4 ) . 100% = 28,6%.
Ответ: Массовая доля пропана 28,6%.
Аналогично находим массовые доли ω (%) остальных компонентов смеси: ω(бутана) = 33,46%, ω(пентана) = 30,46%, ω(циклогексана) = 7,22%.
При выполнении анализа по методу внутреннего стандарта расчет проводят по формуле
ωi = ( Si . ki ) / ( Sст . kст ) . R . 100%,
где Sст – площадь пика вещества, введенного в качестве внутреннего стандарта; kст – его поправочный коэффициент; R – отношение массы внутреннего стандарта к массе анализируемой пробы.
Задача 2. Реакционную массу после нитрования толуола проанализировали методом газожидкостной хроматографии с применением этилбензола в качестве внутреннего стандарта. Определить процент непрореагировавшего толуола по следующим экспериментальным данным:
Взято толуола, г 12,7500
Внесено этилбензола, г 1,2530
Sтолуола, мм2 307
kтолуола 1,01
Sэтилбензола, мм2 352
kэтилбензола 1,02
Решение: Расчет проводят по методу внутреннего стандарта, используя формулу:
ωi = ( Si . ki ) / ( Sст . kст ) . R . 100%,
Подставляем данные задачи в эту формулу:
ωi = (307 . 1,01) / (352. 1,02 ) . (1,2530 / 12,75 ) . 100 = 8,49%
Ответ: 8,49%.
Задача 3: Для хроматографического определения никеля на бумаге, пропитанной раствором диметилглиоксима, приготовили три стандартных раствора. Для этого навеску 0,2480 NiCl2 . 6Н2О растворили в мерной колбе на 50 мл. Затем из этой колбы взяли 5,0; 10,0 и 20,0 мл и разбавили в колбах на 50 мл. Исследуемый раствор также разбавили в мерной колбе на 50 мл.
Постройте калибровочный график в координатах h – CNi и определите содержание никеля (мг) в исследуемом растворе, если высота пиков стандартных растворов равнa h1 = 25,5; h2 =37,5; h3 = 61,3, а высота пика исследуемого раствора равна hx = 49,0 мм.
Решение: Находим массу никеля в навеске NiCl2.6Н2О, учитывая, что М(NiCl2.6Н2О) и М(Ni) – молярные массы NiCl2.6Н2О и Ni соответственно равны 238 г/моль и 59 г/моль. Тогда масса никеля в исследуемой навеске NiCl2.6Н2О составит:
mNi = (59 . 0,248) / 238 = 0,0615 г
0,0615г – 50 мл содержание никеля в первой колбе 0,00615 г/50мл
Х г - 5 мл
0,0615г – 50 мл содержание никеля во второй колбе 0,0123 г/50мл
Хг - 10 мл
0,0615 - 50 мл содержание никеля в третьей колбе 0,0246 г/50 мл
Хг - 20 мл
На основании проведенных расчетов строим график в координатах: h, мм – содержание никеля (С, г/50 мл). На график наносим высоту пика исследуемого раствора h=49 мм и находим содержание никеля в исследуемом растворе С = 18,45 мг/50мл.
Ответ: 18,45 мг.