Хроматография. Хроматографические методы - Поверхностные явления. Адсорбция

Хроматография - Физико-химический метод разделения и анализа смесей веществ, основанный на процессах сорбции и десорбции разделяемых веществ между подвижной и неподвижной фазами, что приводит к различию в скорости движения этих веществ относительно неподвижной фазы.

Эффективность Хроматографического процесса зависит от:

Физико-химических свойств неподвижной и подвижной фаз;

Условий хроматографирования (температуры, времени разделения, скорости движения подвижной фазы);

Сродства разделяемых веществ к контактирующим фазам.

Различают следующие Виды хроматографии:

По Цели проведения:

Аналитическая Хроматография используется для качественного и количественного анализа смеси веществ;

Препаративная Хроматография предназначена для выделения из смеси чистых компонентов или для очистки вещества от примесей.

По агрегатному состоянию Подвижной фазы:

Газовая хроматография, где подвижной фазой является газ, а неподвижной фазой твердый адсорбент;

Жидкостная Хроматография, когда подвижной фазой является, как чистая жидкость, так и смесь разных жидкостей.

По технике Эксперимента:

Плоскостная (Тонкослойная или бумажная) хроматография, когда в качестве твердой фазы используются силикагель, оксид алюминия, нанесенные тонким слоем на пластину. В бумажной хроматограмме неподвижной фазой является вода, входящая в состав бумаги;

Объемная (колоночная) хроматография. В этом случае в верхнюю часть колонки с сорбентом вносят анализируемую смесь и медленно пропускают подвижную фазу.

По Механизму разделения веществ:

Адсорбционная хроматография, когда вещества разделяются благодаря различию их констант адсорбции в системах "газ - твердое тело" или "раствор - твердое тело".

Распределительная Хроматография при которой разделение веществ происходит вследствие различия констант распределения при адсорбции веществ из газовой или жидкой подвижной фазы жидкой неподвижной фазой, нанесенной на твердый носитель.

Молекулярно-ситовая (Гель-фильтрация) хроматография, когда разделение смеси веществ происходит благодаря различному размеру их частиц. Неподвижной фазой служат вещества, имеющие поры строго определенного размера (цеолиты, или агарозы, полиакриламидные гели и др.).

Биоспецифическая Хроматография основана на способности биологических субстратов избирательно взаимодействовать с веществами, например, фермента с субстратом, антигена с антителом, гормона с рецептором.

Хроматография Широко применяется в медицине, биологии, фармации для:

Качественного и количественного анализа лекарственных веществ;

Идентификации продуктов деструкции образующихся при длительном хранении лекарственных веществ;

Обнаружения примесей, оценки чистоты лекарственных веществ;

Качественного и количественного анализа биологических жидкостей (кровь, моча) на присутствие в ней алкоголя, наркотиков, допинга.

Качественного и количественного соотношения жирных кислот в физиологических средах для диагностики заболеваний желчного пузыря, печени, сахарного диабета, гипертонической болезни и др.;

Контроля окружающей среды, в гигиене и санитарии.

Вопросы для самопроверки:

Что такое адгезия и когезия?

Что такое "контур смачивания"? Краевой угол смачивания? Как измеряется краевой угол смачивания?

Какова величина краевого угла смачивания, если поверхность не смачивается данной жидкостью? Если смачивается?

С помощью какого уравнения можно рассчитать cos О?

Что называется теплотой смачивания?

Как рассчитать коэффициент гидрофильности?

Что называется инверсией смачивания?

Что называется адсорбентом и адсорбатом?

В чем отличие физической и химической адсорбции?

Почему один из участков изотермы мономолекулярной адсорбции имеет вид горизонтальной прямой?

Как записать уравнение Ленгмюра и Фрейндлиха?

Чем отличаются изотермы адсорбции Фрейндлиха и Ленгмюра?

Как найти константы в уравнении Фрейндлиха, используя графический способ?

Как найти константы в уравнении Ленгмюра, используя зависимость 1/А - 1/с?

Что такое петля гистерезиса?

Как вычислить величину адсорбции, используя экспериментальные данные?

Как формулируется правило уравнивания полярностей Ребиндера?

Как ориентируются молекулы ПАВ у поверхности адсорбента?

Каково практическое значение адсорбции на границе "твердое тело - раствор"?

Что такое ионная адсорбция?

Почему при ионной адсорбции на границе раздела фаз возникает двойной электрический слой?

Как адсорбируемость ионов зависит от степени гидратированности одновалентных ионов?

Как формулируется правило Панета-Фаянса?

Что называется ионообменной адсорбцией?

Какие вещества называются ионитами? Приведите примеры.

Как классифицируются иониты?

Что такое обменная емкость ионита?

Для чего используется ионообменная адсорбция?

Как проводится умягчение и обессоливание воды?

Что такое регенерация ионитов? Как она проводится?

Как классифицируются хроматографические методы по цели проведения и технике исполнения?

Какие известны виды хроматографии по механизму разделения веществ?

Как используется хроматография?

Решение типовых задач

Задача 1. Определить графическим способом константы (К И 1/n) в уравнении изотермы адсорбции Фрейндлиха, если при адсорбции уксусной кислоты на активированном угле были получены данные:

Равновесная концентрация С, моль/л

0,018

0,039

0,062

0,126

Адсорбция

А, моль/кг

0,467

0,660

0,801

1,111

Рассчитать величину адсорбции при равновесной концентрации СХ = 0,047 моль/л

Решение:

Для нахождения констант уравнения Фрейнлиха строят график зависимости lgA = f (lgC). Для этого логарифмируют исходные данные и строят по ним график.

Lg C

- 1,74

- 1,41

- 1,21

- 0,89

Lg A

- 0,33

- 0,18

- 0,09

0,05

LgA График отсекает от оси ординат отрезок ОВ равный lg k = 0,42; k = 10X = 2,63. По

B угловому коэффициенту графика находят коэффициент 1/n.

Tg

Lg C M 0 Проводят расчет величины адсорбции при

Сх по уравнению Фрейндлиха: А = КС1/n =

2,63 0,0470,429 = 0,708 моль/кг.

Задача 2. При изучении адсорбции бензойной кислоты на активированном угле были получены данные:

Равновесная концентрация

С, кмоль/м3

1,26

2,68

4,71

8,82

Адсорбция

А 1010, кмоль/кг

11,1

15,5

20,4

24,8

Определить графическим способом константы уравнения Ленгмюра и рассчитать величину адсорбции при равновесной концентрации СХ = 6,15 кмоль/м3

Решение:

Для нахождения констант уравнения Ленгмюра строят график зависимости 1/A = f (1/C). Для этого находят значения: 1/С и 1/А и откладывают их на графике.

1/C

0,79

0,37

0,21

0,11

1/A1010

0,09

0,06

0,05

0,04

1/А1010 На графике отрезок ОВ отсекает на оси ординат 1/А 1010 = 0,03. Следовательно, 1/А = 1/0,03 1010 = 33,33 1010. Для нахождения второго коэффициента В Находят величину отрезка ОК = 2/А = 0,06. Если ВО = ОК, то 1/В= ОМ, тогда

1/С Расчет величины адсорбции при СХ по уравнению Ленгмюра:

Кмоль/кг

Задача 3. Определить равновесную концентрацию сульфацила натрия при адсорбции его на активированном угле, если константы уравнения Фрейндлиха К = 2,58 и 1/n = 0,64. Величина адсорбции 0,916 моль/кг.

Решение:

1. Для нахождения равновесной концентрации по уравнению Фрейндлиха удобно его прологарифмировать: lg A = lg K + 1/n lg C, тогда

С = 10Х = 10 - 0,703 = 0, 198 моль/кг

2. Возможно и такое решение: А = КС1/n

Задача 4.

Рассчитать величину адсорбции паров этанола на активированном угле при равновесном давлении р = 3240 Па. Константы уравнения Ленгмюра А = 0,0258; в = 140.

Решение: Для расчета используем уравнение Ленгмюра:

Задачи для самостоятельного решения

1 - 5. По данным таблицы рассчитайте величину адсорбции по уравнению Ленгмюра для вещества при равновесной концентрации СХ и давлении РХ, определив константы уравнения графическим способом.

№

Задачи

Вещество

Равновесная концентрац. С моль/л

Равновесное давление Р, Па

Адсорбция х/m, моль/кг

СХ, моль/л

РХ, Па

1

Уксусная кислота

0,18; 0,31; 0,62; 1,26

-

4,67; 6,24; 8,01; 11,1

0,45

-

2

Окись углерода

-
    7300; 3040; 5400; 8824

2,34; 7,84; 11,9; 16,5

-

4020

3

Пропионовая

Кислота

0,3; 0,48; 0,58; 0,91

-

2,6; 3,2; 3,4; 4,0

0,62

-

4

Этиловый спирт
    0,9; 1,84; 2,6; 5,2

-

8,4; 17,0; 24,6; 37,4

4,8

-

5

Аммиак

-

5100; 6380; 7660; 8980

8,4; 9,2; 10,0; 11,2

-

6800

6 - 10. По данным таблицы графическим способом определите константы в уравнении Фрейндлиха (1/n и К) и величину адсорбции при СХ, и давлении РХ.

№

Задачи

Вещество

Равновесная концентрац. С моль/л

Равновесное давление Р, Па

Адсорбция х/m, моль/кг

СХ, моль/л

РХ, Па

1

Капроновая кислота

0,62; 1,26; 4,71; 8,82

-

8,01; 11,1; 20,4; 24,8

0,38

-

2

Альгинат натрия

0,08; 0,27; 0,55; 1, 20

-

4,6; 8,0; 10,6; 14,6

0,42

-

3

Пектин цитрусовый

0,11; 0,04; 0,082; 0,182

-

0,68; 1, 19; 1,58; 2,18

0,15

-

4

Пары метанола

-

5140; 6420; 7700; 9020

8,9; 9,7; 10,5; 11,7

-

3800

5

Пары метанола

-

1180; 2460; 3740; 5020

7,0; 7,5; 7,8; 8,1

-

4250

Похожие статьи




Хроматография. Хроматографические методы - Поверхностные явления. Адсорбция

Предыдущая | Следующая