Лекция 2 -...

ЭкоаналитическаяЭкоаналитическая химияхимияЛекция

2

20.10.2009Екоаналітична хімія. Лекція 2.

МетодыМетоды концентрированияконцентрирования

ии разделенияразделения вв экоанализеэкоанализе

Требования к методам экоаналитическойхимииОсновные понятия и характеристикиКлассификация методов разделенияСущность отдельных методовконцентрирования и разделенияПримеры разделений в экоанализеГибридные и комбинированные методыанализа


ПроблемаПроблема::

ПДК бериллия в питьевой воде 0.0002 мг/лили 2.2.10-8 моль/л. Нижняя граница концентраций, определяемых распространенными методами10-5 -

10-6

моль/л.

Что

делать?


ОсновныеОсновные понятияпонятия

ии характеристикихарактеристикиРазделение – процесс или операция, врезультате которой из исходной смесиполучается несколько фракций. Фракции содержат индивидуальныекомпоненты или смеси с новымколичественным и качественнымсоставом.Аналитическое концентрирование –повышение содержания целевого(определяемого) вещества или группывеществ по отношению к матрице илиматричным компонентам.


ПримерПример разделенияразделения

сс концентрированиемконцентрированием::Фракция

с

повышенным соотношением целевой

компонент- матрица


КоличественныеКоличественные характеристикихарактеристики

концентрированияконцентрирования ии разделенияразделения

Коэффициент концентрирования/разделения

q

— количество;А

— определяемый

(целевой) компонент;

J — сопутствующий

(примесный) или матричный

компонент

(макрокомпонент).

Коэффициент выделения или извлечения

, .

, .

, .

, .

A конечн

J конечн

A исх

J исх

qq

k qq

=

, .

, .

A конечн

A исх

qR

q= A

J

RkR

=


КлассификацияКлассификация методовметодов

разделенияразделения1. Образование веществом новой фазы2. Различия в распределении веществмежду 2 фазами3. Мембранное разделение4. Внутрифазное разделение (поле-поток-фракционирование-

FFF: field-flow-fraction)

3 41 2


ОбразованиеОбразование веществомвеществом

новойновой фазыфазы

Фаза, содержащая

исходную

смесь

Выделяемая

фаза

Твердое

тело Газ Жидкость

ЖидкостьОсаждениеЭлектроосажде-

ниеВымораживаниеКристаллизация

ОтгонкаДистилляцияРектификация

-

Газ - - Конденсация (криофокусирование)

Твердое

тело - ВозгонкаОтгонкас

газообразным

реагентом

Селективное растворение


РазличияРазличия вв распределениираспределении

веществвеществ междумежду

2 2 фазамифазамиСистема

фаз Способ

осуществления

распределения

Однократное Многократное Хроматография

Жидкость- Жидкость-

Экстракция Многоступен- чатая

экстракция

ЖЖХ (ВЭЖХ)-ОФ, НФ

Жидкость- Твердое

тело

СоосаждениеЗонная

плавка

Направленная кристаллизация

Сорбция

(ТФЭ)Ионный

обмен

Многократная перекристалли- зация

ИОХ, адсорбционная

ЖТХ, эксклюзионная

хроматография

Жидкость-Газ

Газовая

экстракция Барботаж ГЖХ

СКФ-Твердое тело

(жидкость)

Сверхкритическая флюидная


Многоступенчатая флюидная


Сверхкритическая флюидная

хроматография


МембранныеМембранные методыметоды

разделенияразделенияСистема

фаз Движущая

сила

процесса

Градиент химического

потенциала

Градиент электрического

потенциала

Градиент

давления

Жидкость- жидкость- Жидкость-

Диализ

через жидкие

мембраны

Электродиализ через

жидкие

мембраны

-

Жидкость- твердое

тело-

Жидкость

Диализ Электродиализ,электроосмос

Ультрафильтрация,Обратный

осмос

Жидкость- твердое

тело-

Газ

Испарение

через мембрану

- -

Газ-твердое тело-

Газ

Газодиффузное разделение

- -


FFF: FFF: ВнутрифазноеВнутрифазное разделениеразделение

((полеполе--потокпоток--фракционированиефракционирование))

Фаза

Вид

поляЭлектр. Электри-

ческое

и магнитное

Гравитацион- ное

(центробежная сила)

Тепло- вое

Механиче- ское

перемеще- ние

Жидкость Электрофорез (электроми-

грация)Электрич. FFF

Ультрацентри фугирование

Седиментаци- онные

FFF

Терми- ческие FFF

Поточные FFF

Газ Электрофорез Масс- сепарация

Ультрацентри фугирование


ПримерыПримеры разделенияразделения: :

ЭкстракцияЭкстракция1 л воды + несколько

мл

органического растворителя,

несмешивающегося с

водой

(ССl4

,, CHCl3

и др.)



ТвердофазнаяТвердофазная экстракцияэкстракция

Твердая

фаза:-сополимеры полистирола идивинилбензола;-модифицированные силикагелиС2, С4, С8, С18, С6Н11, С6Н5; нитрофенил-; аминопропил-; ДМА; цианопропил-; диол-; ипросто силикагель;-оксид алюминия;-силикат магния (флорисил);- полиамид 6;-ионообменники.



ТвердофазнаяТвердофазная экстракцияэкстракция


ПримерыПримеры

разделенияразделения: : СКФЭСКФЭ

-- СверхкритическаяСверхкритическая

флюиднаяфлюидная

экстракцияэкстракцияСверхкритическийфлюид- состояниевещества притемпературе идавлении вышекритических значений(выше критическойточки)Критическая точка дляCO2 : 73 атм, 31.50С, плотность 0.47 г/см3

О способности СКФрастворять веществасообщили Хенней иХоггарт в 1879 г.



разделенияразделения: : СКФЭСКФЭ СвойстваСвойства

флюидовфлюидов

Флюид Критич. температура (K) Критич. давление (атм.)

СО2 304.1 73.8

Этан 305.4 48.8

Этилен 282.4 50.4

Пропан 369.8 42.5

Пропилен 364.9 46.0

Трифторметан 299.3 48.6

Хлортрифторметан 302.0 38.7

Трихлорфторметан 471.2 44.1

Аммиак 405.5 113.5

Вода 647.3 221.2

Циклогексан 553.5 40.7

н-Пентан 469.7 33.7

Толуол 591.8 41.0



разделенияразделения: : СКФЭСКФЭ ФлюидФлюид--

среднеесреднее

междумежду

жидкостьюжидкостью

ии

газомгазом

Property Density (g/сm3 )

Viscosity (cP)

Diffusivity (mm2 /s)

Gas 0.001 0.01 1-10 SCF 0.10-0.80 0.05-0.1 0.01-0.1

Liquid 1.0 0.5-1.0 0.001

Преимущества

СКФЭ

Растворяющее действиеуправляется давлением итемпературой;После использования СКФлегко удаляются изэкстракта;Экстрагируют приумеренных температурахвысококипящие итермически нестабильныевещества.



разделенияразделения: : СКФЭСКФЭ COCO22

–– ««зеленыйзеленый

растворительрастворитель»»Преимущества

СКФНетоксичны, неопасны; недорогие; доступны вчистом виде


ПримерыПримеры разделенияразделения:: ДистилляцияДистилляция, , сублимациясублимация

Отгонка матрицы: при определениимикрокомпонентовCo, Cr, Cu, Mo, Ni, Pb в воде 1 л водыиспаряют несколькосуток.


ПримерыПримеры разделенияразделения:: ДистилляцияДистилляция, , сублимациясублимация

Сублимация – ртуть из почвы при800оС.Отгонка после химическихпревращений: AsH3, SbH3, ЭCl4, ЭF4(Ge, Si, Ti, Sn, Zr, V), галогены, H2Se. Восстановители: Zn, NaBH4

.


ПримерыПримеры разделенияразделения:: ОсаждениеОсаждение

нана коллектореколлектореКоллекторы BaCrO4, AgCN –рентгенфлуоресцентное определениесульфатов и хлоридов в водопроводнойводе;Коллектор сульфид молибдена –рентгенфлуоресцентное определениемышьяка в воде и почве


ПримерыПримеры разделенияразделения:: КриофокусированиеКриофокусирование

«Фокусирование»+ Термодесорбция


ПримерыПримеры разделенияразделения:: НаправленнаяНаправленная

кристаллизациякристаллизация ии зоннаязонная

плавкаплавка

Примеси собираются в незамерзшейчасти слитка


ГибридныеГибридные ии комбинированныекомбинированные

методыметоды анализаанализа

Сочетание методов концентрированияи определения

Концентрирование иопределение органическине связаны-

Условия концентрированиясущественновлияют на метрологическиехарактеристики определения-

Комбинированные методы

Гибридные методы


ГибридныеГибридные методыметоды анализаанализа::экстракционно-фотометрический;экстракционно-атомно-абсорбционный анализ;экстракционно-эмиссионно-абсорбционный анализ;хроматография;твердофазное концентрирование –эмиссионный анализ(непламенный);твердофазное концентрирование –рентгенфлуоресцентный анализ.


СпасибоСпасибо заза вниманиевнимание!!


АналитическаяАналитическая химияхимия воздухавоздухаОсновныекомпонентывоздушной средыСпецификавоздуха какобъекта анализаОтбор проб

Лекция 2 -...

Documents