1.4.3 Радіоізотопні методи

Радіоізотопні методи грунтуються на іонізації речовини за допомогою радіоактивного випромінювання. Найбільше розповсюдження дістали два основних види випромінювання:

• α-випромінювання (ядра атомів гелію);

• β-випромінювання (електрони, позитронн);

Основною частиною приладу, який використовується в радіоізотопному методі є іонізаційна камера, через яку пропускається досліджуваний газ (пара). Усередині камери розташовують колектор іонів і джерело випромінювання у вигляді таблетки певного ізотопу.

Оскільки іонізації звичайно піддаються усі компоненти досліджуваної газової суміші, для виділення внеску в загальний іонний струм саме досліджуваного компонента застосовують диференціальні перетворювачі (компоненти), що складаються з двох іонізаційних камер. Через одну пропускається досліджуваний газ, а через іншу – нульовий газ. По різниці іонних струмів у цих камерах можна судити про концентрацію досліджуваного компонента.

Лекція 11 (2 години)

Хроматографія

План лекції

1.1 Види хроматографії.

1.2 Обладнання газової хроматографії.

1.3 Тонкошарова і паперова хромотграфії.

1.1 Загальні відомості про хроматографію

Метод хроматографії був відкритий у 1903-1906 роках російським вченим Цветом М.С.

Хроматографія ─ це фізико-хімічний метод розділення речовин, який базується на розподіленні речовин, що аналізуються, між двома фаза­ми, що не змішуються, з яких одна ─ рухома (інертний газ, рідина), друга ─ нерухома (тверде тіло або рідина ).

Існує декілька типів хроматографії: газова , рідинна , тонкошарова , паперова, іонообмінна.

Газова хроматографія одержала назву по рухомій фазі (газ-ріди­на-пар). Нерухома фаза ─ це тверда активна речовина, яка має абсорбційні властивості з великою площею дотику.

В залежності від консистенції рухомої і нерухомої фаз хроматографія поділяється наступним чином (табл 1.1):

Таблиця 1.1.

Види хроматографії

Рухома фаза	Нерухома фаза	Вид хроматографії
газ , пар	тверде активне тіло (адсорбент)	Газова хромато-графія ГХ	газоадсорбційна хроматографія (ГАХ)
газ , пар	ТН-НРФ (сорбент)		газорідинна хроматографія (ГРХ)
рідина	адсорбент	Рідинна хромато-графія РХ	рідинно-адсорбційна хроматографія (РАХ)
рідина	рідина		рідинно-рідинна хроматорграфія (РРХ)

Метод хроматографії відрізняється високою точністю та селектив­ністю.

Газова хроматографія ─ безперервно працюючий фізичний метод роз­поділення сумішей газів, парів, рідин, що не розкладаються, та твердих речовин при їх проходженні крізь колонку, яка заповнена сорбентом.

В колонці відбувається розподіл суміші, внаслідок розподілу її компонентів між рухомою газовою фазою та нерухомою фазою (твердою або рідкою).

Існує два загальних вида газової хроматографії:

1. Газоадсорбційна ─ в якій компоненти суміші безперервно роз­поділяються між рухомою газовою фазою, яка називається газ-носій, та твердим адсорбентом, що обумовлено чергуванням процесів сорбції та десорбції.

2. Газорідинна ─ в якій відбувається чергування розчинення ком­понента у плівці рідкої фази, яка нанесена на твердий інертний носій, з оберненим виділенням в газову фазу , тобто в потік газу-носія.

Розроблені також такі види хроматографії: капілярна та реакційна аналітична (мікронасадочна).

Капілярна ─ варіант газорідинної хроматографії, але на відміну від неї рідка нерухома фаза наноситься не на поверхню зерен твердо­го носія, а на внутрішню поверхню самої колонки, яка являє собою мідний капіляр довжиною 100 мм і вище та з внутрішнім діаметром 0,1-0,5 мм.

Мікронасадочна ─ використовує колонки малого діаметра. Напрямком реакційної хроматографії є аналіз повітрянного середовища, який має високочутливі методи кількісного визначення сумішей, парів, шкідливих газів.

Одним із основних фізичних процесів в хроматографії є адсорбція. Адсорбція – це самовільний процес концентрування одного з компонентів гетерогенної системи на поверхні розділу фаз. Адсорбція спостерігається на розділу рідина – газ, рідина – рідина (рідини, що не змішуються), тверде тіло – газ, тверде тіло – рідина. Найширше використовується адсорбція твердими поверхнями. Серед речовин з найбільш розвинутими поверхнями є активоване вугілля, силікагель, оксид алюмінію, глина та інше.

Якщо речовина поглинається всередину адсорбента, то процес називається абсорбцією. Поглинання, що призводить до утворення нових хімічних сполук, називається хемосорбцією. Адсорбція супроводжується зворотним процесом – десорбцією. В стані адсорбційної рівноваги середнє число частин, що адсорбуються, рівне середньому числу частин, що десорбують за одиницю часу. Адсорбція газів, рідин, парів – процес екзотермічний, тобто вона зростає з пониженням температури. Адсорбція, як правило, протікає вибірково. Наприклад, активоване вугілля добре поглинає хлор, але не поглинає оксид вуглецю.

Адсорбція на твердій поверхні значною мірою залежить від величини поверхні адсорбції. Чим краще подріблений адсорбент, тобто чим більша його поверхня, тим сильніше протікатиме адсорбція.

Кількість адсорбованого газу на твердому адсорбенті залежить від тиску, температури, природи газу.

У газовій хроматографії компоненти, що розділяються, переміщуються по колонці з сорбентом за допомогою інертного газу-носія. Як адсорбенти газів найчастіше використовують вугілля молекулярні сита (ціоліти), силікагелі та інші адсорбери. Компоненти суміші відповідно до своїх коефіцієнтів розподілення селекційно утримуються нерухомою фазою сорбенту доти, доки у газі-носії не утворяться окремі зони. Ці зони – носії компонента виводяться газом-носієм з колонки і реєструються детектором у вигляді сигналу, що є функцією часу. Запис результатів хроматографічного аналізу на діаграмній стрічці називається хроматограмою (рис. 9.20). Вісь ординат фіксує сигнал детектора в мікровольтах, а вісь абсцис – час.

Рис.1.1 Хроматограма

Поряд з адсорбційною газовою хроматографією широко використовується газорідинна хроматографія для аналізу газів. В ній розподіл компонентів аналізованої суміші відбуваються між газоподібною і рідкою фазами. Нерухомою фазою є високо кипляча рідина, нанесена на твердий інертний носій (діоксид кремнію, полімери тощо), рухомою фазою – газ-носій, в якому міститься аналізована суміш. При пропусканні газу-носія через колонку, протікають багаторазові процеси розчинення і виділення газу в рідкій плівці. Розділення суміші визначається коефіцієнтами розподілу аналізованих речовин між фазами.

Методика виконання аналізу така ж, як і в адсорбційній хроматографії.

Аналіз суміші проводять за хроматограмою, яка є чіткішою, ніж у випадку адсорбційної газової хроматограми.