Хроматографические методы.

Хроматографией называют метод разделения веществ, в котором разделяемые вещества распределяются между неподвижной и подвижной (движущейся) фазами. В качестве неподвижной фазы используют твердое вещество или жидкость, нанесенную на твердый носитель. Хроматографическое разделение основано на том, что отдельные компоненты образца перемещаются по колонке (или листу фильтровальной бумаги) с различной скоростью и соответственно за одно и то же время проходят различные отрезки пути. Растворитель, проходящий через колонку, называют элюентом, а процесс перемещения вещества вместе с элюентом – элюированием. В современной колоночной хроматографии твердую фазу, как правило, не извлекают из колонки и разрезают на полосы. Вместо этого проводят элюирование до тех пор, пока компоненты образца не выйдут один за другим из колонки. Для определения компонентов также можно использовать детектор, установленный на выходе из колонки. Показания такого детектора можно регистрировать автоматически. Полученную кривую называют хроматограммой. Каждый пик на такой кривой соответствует отдельному компоненту образца, а площадь пика характеризует относительное содержание данного компонента.

Современные хроматографические методы разделения имеют исключительно большие возможности. В благоприятных случаях в течении нескольких минут можно полностью разделить до 30 компонентов, содержащихся в одном образце.

Ионообменная хроматография

В основе ионообменной хроматографии лежит обратимый стехиометрический обмен ионов, содержащихся в хроматографируемом растворе, на подвижные ионы веществ, называемых ионитами или ионообменниками.

Ионит представляет собой высокополиллорную матрицу, которая обладает положительным или отрицательным зарядом, компенсирующимся ионами противоположного знака, так что в целом ионит нейтрален.

Если ионит, содержащий противоион только одного вида А, поместить в раствор, в котором находятся ионы другого вида В, то ионы А будут покидать ионит и переходить в раствор, а ионы В будут строго в эквивалентном количестве переходить в ионит. При достижении равновесия ионит и раствор будут содержать ионы А и В в определенном соотношении, определяемом константой ионообменного равновесия.

К числу важнейших свойств ионитов относят их обменную емкость. Обменная емкость, определяемая в статических условиях, может отличаться от величины, полученной в динамических условиях. Последняя характеризуется двумя показателями: динамической обменной емкостью до проскока (ДОЕ) и полной динамической обменной емкостью (ПДОЕ). ДОЕ представляет собой емкость ионита, определяемую до появления данного иона в вытекающем из колонки раствора. ПДОЕ определяется по полному прекращению извлечения данного иона из раствора.

Ионообменная хроматография нашла широкое применение в аналитической практике.

Определение солей. Большинство растворимых солей можно определить используя катионообменную смолу в Н⁺– форме

Z RH⁺+MA_z=Z HA+R_zM^z+

Содержание катиона в образце определяют титрованием образующей кислоты HA.

Деионизация. Ионный обмен– обычный метод получения деионизированной воды. Очищаемую воду пропускают через колонку, содержащую смесь катионита в Н⁺– форме и анионита в ОН^—форме. При этом примеси катионов, содержащихся в воде, замещаются на ионы водорода, а примеси анионов соответственно на Гидроксид–ионы. В итоге практически все примеси удаляются из воды.

Замещение мешающих ионов. Ионный обмен часто используют для замены нежелательных ионов на другие, не мешающие аналитическому определению. Например, ионы Fe (III) и калия мешают определению сульфат–иона, соосаждаясь сульфатом бария. Для устранения их влияния анализируемый раствор пропускают через катионит в Н⁺– форме и мешающие примеси обмениваются на ионы водорода.

Таким же образом удаляют фосфат –ионы, которые мешают определению кальция и некоторых других ионов. В этом случае раствор пропускают через анионит с Cl^–-форме.

0. подготовка ионита к работе.

Для анализа необходимо применить иониты одного зернения.

Соотношение диаметра колонки и диаметра отдельного зерна должно быть не менее 40:1. Можно рекомендовать следующие размеры колонок в зависимости от размеров зерен ионита:

D зерна ионита, мм	D колонки, мм	h колонки, мм
1,5	60	300-400
0,5	20	150-200
0,3	12	100-130

В качестве колонок рекомендуется применять стеклянные трубки с краном внизу.

Важной стадией работы с ионообменниками являются их подготовка к эксперименту и регенерация после обработки. Товарные иониты представляют собой смолы, в которых наряду с основным веществом– высокомолекулярной смолой–присутствуют низкомолекулярные фракции, различные примеси, особенно ионы железа. Кроме того, ионит должен быть доведен до набухания, т.к. только в набухшем состоянии его следует загружать в колонку.

Подготовка катионита. Товарный образец катионита измельчают, просеивают и для подготовки отбирают фракцию с величиной зерен 0,5-0,25мм. Порцию этой фракции катионита помещают в химический стакан и заливают 5–кратным по объему количеством насыщенного раствора NaCl и оставляют для набухания на 24 часа, после чего раствор декантируют, а катионит переносят в делительную воронку, в которой его промывают не менее 5 раз 5%-ным раствором HCl. Затем катионит промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции по метилоранжу. Обработка катионита раствором HCl переводит его в Н⁺–форму. Отмытый от кислоты катионит отделяют, просушивают на фильтровальной бумаге до такого состояния, чтобы зерна свободно отделялись друг от друга. Подготовленный таким образом катионит хранят в банке с притертой пробкой и используют по мере надобности.

Подготовка анионита. Анионит, как и в случае с катионитом, измельчают , просеивают и отбирают фракцию с размером зерен 5,5-0,25 мм, обрабатывают насыщенным раствором NaCl. Затем анионит обрабатывают 2 % раствором HCl до полного удаления ионов Fe ³⁺ (проба с KSCN). После этого анионит промывают 10-кратным дистиллированной воды, 5%–ным раствором щелочи, а затем 10%–ным раствором щелочи до полного удаления ионов хлора(проба с AgNO₃). Заканчивают подготовку анионита промыванием дистиллированной водой до нейтральной реакции по фенолфталеину. Подготовленный таким образом анионит хранят под водой в банке с притертой пробкой. Только непосредственно перед загрузкой анионит вынимают из банки, отжимают между листами фильтровальной бумаги и подсушивают на воздухе. В таком виде анионит загружают в колонку.