Курсовая работа: Розділення і виявлення катіонів Hg(II), Cd(II), Bi(III), Pb(II), Cu(II) методами аналітичної хімії
Ізотопи
З восьми природних ізотопів кадмію шість стабільні, для двох ізотопів виявлена слабка радіоактивність. Це 113Cd (ізотопна поширеність 12,22 %, бета-розпад з періодом напіврозпаду 7,7Ч1015 років) і 116Cd (ізотопна поширеність 7,49 %, подвійний бета-розпад з періодом напіврозпаду 3x1019 років).
1.2 Хроматографія
Хроматографія фізико-хімічний метод розділення і аналізу сумішей, заснований на розподілі їх компонентів між двома фазами - нерухомої і рухомої (елюент), протікаючої через нерухому.
1.2.1 Історична довідка
Історична довідка. Метод розроблений в 1903 М. Кольором, який показав, що при пропусканні суміші рослинних пігментів через шар безбарвного сорбенту індивідуальні речовини розташовуються у вигляді окремих забарвлених зон. Одержаний таким чином пошарово забарвлений стовпчик сорбенту Колір назвав хроматограмой, а метод - Х. Внаслідок термин " хроматограма" стали відносити до різних способів фіксації результатів багатьох видів Х. Однак аж до 40-х рр. Х. не одержала належного розвитку. Лише в 1941 А. Мартін і Р. Синг відкрили метод розподільної Х. і показали його широкі можливості для дослідження білків і вуглеводів. У 50-і рр. Мартін і американський учений А. Джеймс розробили метод газорідинної Х.
1.2.2 Основні види хроматографії
Основні види Х. Залежно від природи взаємодії, що обумовлює розподіл компонентів між елюентом і нерухомою фазою, розрізняють наступні основні види Х. - адсорбційну, розподільну, іонообмінну, екськлюзіонну (молекулярно-ситову) і осадову. Адсорбційна Х. заснована на відмінності сорбуємості речовин адсорбентом, що розділяються (тверде тіло з розвиненою поверхнею); розподільна Х. - на різній розчинності компонентів суміші в нерухомій фазі (високо кипляча рідина, нанесена твердий макропористий носій) і елюенті (слід мати на увазі, що при розподільному механізмі розділення на переміщення зон компонентів частковий вплив робить і адсорбційна взаємодія аналізованих компонентів з твердим сорбентом); іонообмінна Х. - на відмінності констант іонообмінної рівноваги між нерухомою фазою (іонітом) і компонентами суміші, що розділяється; ексклюзіонна (молекулярно-ситова) Х. - на різній проникності молекул компонентів в нерухому фазу (високопористий неіоногенний гель). Экськлюзіонна Х. підрозділяється на гель-проникну (ГПХ), в якій елюент - неводний розчинник, і гель-фільтрацію, де елюент - вода.
Осадова Х, заснована на різній здатності компонентів, що розділяються, випадати в осад на твердій нерухомій фазі.
Відповідно до агрегатного стану елюенту розрізняють газову і рідинну Х. Залежно від агрегатного стану нерухомої фази газова Х. буває газо-адсорбционною (нерухома фаза - твердий адсорбент) і газорідинної (нерухома фаза - рідина), а рідинна Х. - рідинно-адсорбційної (або твердо-рідинної) і рідинно-рідинної. Остання, як і газо-рідинна, є розподільною Х. До твердо-рідинної Х. відносяться тонкошарова і паперова.
Розрізняють колоночну і площинну Х. У колоночній сорбентом заповнюють спеціальні трубки - колонки, а рухома фаза рухається усередині колонки дякуючи перепаду тиску. Різновид колоночной Х. - капілярна, коли тонкий шар сорбенту наноситься на внутрішні стінки капілярної трубки. Площинна Х. підрозділяється на тонкошарову і паперову. У тонкошаровій Х. тонкий шар гранульованого сорбенту або пориста плівка наноситься на скляну або металеву пластинки; у разі паперової Х. використовують спеціальний хроматографічний папір. У площинній Х. переміщення рухомої фази відбувається завдяки капілярним силам. При хроматографірованні можливо зміна за заданою програмою температури, складу елюента, швидкості його протікання і ін. параметрів.
Залежно від способу переміщення суміші, що розділяється, уподовж шару сорбенту розрізняють наступні варіанти Х.: фронтальний, проявник і витіснювальний. При фронтальному варіанті в шар сорбенту безперервно вводиться суміш, що розділяється, складається з газу-носія і компонентів, що розділяються, наприклад 1, 2, 3, 4, яка сама є рухомою фазою. Через деякий час після початку процесу найменше сорбуючий компонент ,випереджає інші і виходить у вигляді зони чистої речовини раніше всіх, а за ним у порядку сорбіруємості послідовно розташовуються зони сумішей компонентів: 1 + 2, 1 + 2 + 3, 1 + 2 + 3 + 4 (мал., а). При варіанті, проявника, через шар сорбенту безперервно проходить потік елюенту і періодично в шар сорбенту вводиться суміш речовин, що розділяється. Через певний час відбувається ділення початкової суміші на чисті речовини, розташовані окремими зонами на сорбенті, між якими знаходяться зони елюенту (мал., би). При витіснювальному варіанті в сорбент вводиться суміш, що розділяється, а потім потік газу-носія, що містить витіснювач (элюент), при русі якого суміш через деякий період часу розділиться на зони чистих речовин, між якими опиняться зони їх суміші (мал., в). Ряд видів Х. здійснюється за допомогою приладів, званих хроматографамми, в більшості з яких реалізується варіант, проявника, Х. Хроматографи використовують для аналізу і для препаратівного (в т.ч. промислового) розділення сумішей речовин. При аналізі розділені в колонці хроматографа речовини разом з елюентом потрапляють через різні проміжки часу у встановлене на виході з хроматографічної колонки пристрій, що детектує, реєструючи їх концентрації в часі. Одержану в результаті цього вихідну криву називають хроматограмою. Для якісного хроматографічного аналізу визначають час від моменту введення проби до виходу кожного компоненту з колонки при даній температурі і при використанні певного елюенту. Для кількісного аналізу визначають висоти або площі хроматографічних піків з урахуванням коефіцієнтів чутливості пристрою, що використовуваного детектує, до аналізованих речовин.
Для аналізу і розділення речовин, перехідних без розкладання в пароподібний стан, найбільше застосування одержала газова Х., де як елюент (газу-носія) використовуються гелій, азот, аргон і ін. гази. Для газо-адсорбционного варіанту Х. як сорбенту (частинки діаметром 0,1-0,5 мм) використовують силікагелі, алюмогелі, молекулярні сита, пористі полімери і ін. сорбенти з питомою поверхнею 5-500 м2/г. Для газо-рідинного Х. сорбент готують нанесенням рідини у вигляді плівки (висококиплячі вуглеводні, складні ефіри, силоксани і ін.) товщиною декілька мкм на твердий носій з питомою поверхнею 0,5-5 м2/г і більш. Робочі температурні межі для газо-адсорбційного варіанту Х. від -70 до 600 С, для газо- рідинного від -20 до 400 С. Газової Х. можна розділити декілька см3 газу або міліграма рідких (твердих) речовин; час аналізу від декількох секунд до декількох годин.
Х. широко застосовується в лабораторіях і в промисловості для якісного і кількісного аналізу багатокомпонентних систем, контролю виробництва, особливо у зв'язку з автоматизацією багатьох процесів, а також для препаративного (в т.ч. промислового) виділення індивідуальних речовин (наприклад, благородних металів), розділення рідкісних і розсіяних елементів.
Рідинна Х. використовується для аналізу, розділення і очищення синтетичних полімерів, лікарських препаратів, детергентов, білків, гормонів і ін. біологічно важливих з'єднань. Використання високочутливих детекторів дозволяє працювати з дуже малими кількостями речовин (10-11-10-9 г), що виключно важливо в біологічних дослідженнях. Часто застосовується молекулярно-ситова Х. і Х. по спорідненості; остання заснована на здатності молекул біологічних речовин вибірково зв'язуватися один з одним.
1.2.3 Хроматографія речовин в тонких шарах (ХТС)
Є одним з видів розподільної хроматографії. Х. використовуються для аналізу жирів, вуглеводів, білків і ін. природних речовин і неорганічних з'єднань.
Розподільна хроматографія використовує систему "рідина-рідина". Нерухома і рухома рідкі фази практично нерозчинні один в одному. Звідси розподільну хроматографію іноді називають хроматографічним екстрагуванням.
Нерухомою фазою в хроматографії на папері служить сорбована вода (до. 20-25 масс%), що утримується носієм (волокнами целюлози), а рухомою фазою» органічний розчинник, заздалегідь насичений водою.
Процес розділення сумішей на папері не є чисто екстракційним. Тут одночасно вносять свій внесок і сорбційні процеси
У випадку утримування носієм фази полярнішої за природою, чим рухома фаза, хроматографічне розділення називають нормальним. Якщо рухома фаза полярніше нерухомої, хроматографічне розділення називають з оберненими, фазами. У останньому випадку на папір накошуватимуть неполярні або малополярні рідини: силіконове або парафінове масло, петролейний ефір, дібутілфталат.
Широке використання розподільної хроматографії на папері обумовлене цілим рядом переваг: доступність, дуже просте апаратурне оформлення, простота проведення аналізу, розділяти можливо мікро- і полумікрокількостях як органічних, так і неорганічних речовин.
Якість а швидкість розділення, перш за все, визначаються властивістю використовуваного паперу (хімічна чистота, рівномірна щільність, інертність до дії розчинників, однорідна орієнтація волокон целюлози). По сортах хроматографічний папір відрізняється різною всмоктувальною здатністю. Папір для хроматографії розрізняється по властивостях відповідно до номерів. Номери I і 2 називають "швидкими", а номери 3 і 4- "меду ленними". Швидкість руху розчинника по паперу в сорті "швидкому" вище ніж в сорті "повільному". Аналізуючу речовину наносять на стартову лінію хроматографічного паперу, підсушують і у вертикальному стані смужку паперу поміщають в закриту судину, на дно якої поміщена рухома фаза. Атмосфера камери повинна бути з парами рухомої фази. Капілярними силами рухома фаза піднімається вгору по паперу з поступово уповільнюванною швидкістю (висхідної хроматографії). При рухах в парах паперу рухомий розчинник по-різному захоплює за собою компоненти суміші, що розділяється. Швидкість, з якою розчинник перерозподіляє компоненти суміші між фазами, визначається коефіцієнтом розподілу (Кd ). Чим менша величина Кd, тим швидше речовина просувається по паперу. Розвиток хроматограми припиняють, коли фронт розчинника наблизиться до верхнього краю смужки паперу. Положення фронту відзначають олівцем і папір висушують
Ефект розділення можна встановити декількома шляхами. Якщо плями флуорісцирують, то смужку поміщають в ультрафіолетовий сват. Проявити плями можна в результаті обробки хроматограми відповідним реагентом, що рівномірно наноситься про допомогою пульверизатора
Після закінчення хроматографування та прояву визначають основну характеристику кожного фактор-плями ft, відношення фронтів (Ratio of Fronts).
Rf = Відстань від точки старту до середини плями
Відстань, пройдена розчинником с точки старту
При дотриманні постійних умов хроматографування значення Rf для кожного з'єднання є величиною постійної,, характеристичної. Зміна якої-небудь умови поцесу (якість паперу, чистота розчинника, температура і т.п.) приведе до зміни величини Rf. Якщо величину Rf використовують для ідентифікації невідомої речовини, то доцільно в той час проводити хроматографірувальне з'єднання свідомо, відомого складу (свідок).
Роздільне визначення компонентів можливо, якщо дотримувати умову