Основные принципы ионообменнй хроматографии. Хар-ка ионитов. Коэф-т распределения и элюирования. Применение ионного обмена в анал химии.

Ионный обмен – это хим. взаимодействие активных групп твердой фазы ионита с ионами в растворе. Различают по подвижным активным группам: катиониты(R-H) и аниониты(R-OH). Различают ионообменники минерального и органического происхождения.

· Сорбенты минерального происхождения

К ним относятся: силикогель, алюмосиликаты, окись алюминия.

В анал. практике используют окись алюминия для хроматографии. Катионит на основе окиси алюминия готовят растворением металлического алюминия в щелочи с последующим осаждением углекислого газа и прокаливанием. В рез-те получают катионит (Al2O3).

AlO2¯/Na+ + MeAn (Al2O3)m ×AlO2+ / Me + NaAn

Для того чтобы получить анионит на основе Al, катионит обрабатывают азотной кислотой.

(Al2O3)m ×AlO2¯ / Na+ + 2HNO3 (Al2O3)m ×AlO+ / NO3- + NaNO3 + H2O – амфолит

(Al2O3)m ×AlO+ / NO3- + MeAn (Al2O3)m ×AlO+ / An + MeNO3

Каждый ионообменник сорбирует конкретные ионы в определенной последовательности, в зависимости от структуры ионита. Для окиси Al этот ряд катионов выглядит след образом. Лучше всего сорбируются протоны водорода и хуже всего ионы марганца. H+>Fe3+>Pb2+>Al3+>Cu2+>Zn3+>Cd2+=Ca2+=Ni2+=Fe2+>Mn2+

· В органических ионообменниках сущ. матрица, на которую прилиты ионогенные

группы.Например, на основе полистирола получают слабоосновный анионит. Основными характеристиками анионитов является размет зерен, плотность при набивании колонки, хим устойчивость по отношению к используемым реагентам. К физическим характеристикам можно отнести влагосодержание в ионите, набухаемость, износостойкость. Качественно иониты харак-ся сорбционной емкостью. сухие анионообменники способны обменивать от 3-3,5 мгэкв/г, а влажные 1,2 мгэкв/мл.

в ионообменной хроматографии рассчитывают коэф-ты распределения – Д и коэф-т элюирования – К.

Д = [MeR2] / [Me2+]

MeR2 – кол-во в-ва, сорбированного на ионообменники

Me2+ - кол-во в-ва, оставшегося в электролите

Более общим коэф-том является коэф-т элюирования, кот учитывает как объем раствора, из кот идет ионный обмен, так и массу сухого ионообменника (смолы)

К = Д× Vp / m

На степень ионного обмена влияет заряд ионов. Ионы металлов по их способности переходить из разбавленного раствора на катионообразную смолу распол-ся в след ряду: 4+>3+>2+>1+

Применение ионного обмена

· Определение концентрации солей в р-ре

· Д-ионизация Н2О

Устранение мешающих определению сульфатов – они соосаждаются с BaSO4, тогда для устранения этих ионов анализируемую пробу пропускают через катионид, т.о. р-р подкисляе

 

 

∙ Техника эксперимента в тонкослойной хроматографии. Сорбенты, применяемые в методе ТСХ. Растворители, применяемые в методе ТСХ.

Планарная (ТСХ) хроматография -хроматография на плоскости (она рассматривает графический анализ. Когда неподвижной фазой является хроматоргафическая бумага или слой сорбента на стекле, алюминиевой или полиэфирной подложке.

 

Хроматографические методы по видам тех вспомогательных средств, которые в них используются, по технике выполнения классифицируются на колоночную (неподвижная фаза находится в колонке) и плоскостную - бумажную и тонкослойную. С точки зрения методических особенностей эксперимента, тонкослойная хроматография (ТСХ) является наиболее простым методом хроматографии, сочетающим такие качества, как универсальность, высокая чувствительность, быстрота и простота выполнения анализа. Благодаря этим качествам, а также несложности оборудования, наглядности, четкому разделению ничтожно малых количеств разделяемых веществ (от 0,1 до 0,005 мкг) и надежности их идентификации метод ТСХ широко используется для анализа пищевых продуктов.

Началом метода была работа советских исследователей Н. А. Измайловой и М. С. Шрайбера, которые еще в 1938 г. описали принцип ТСХ на стеклянных пластинках, покрытых тонким слоем алюминия, впервые разделив алкалоиды лекарственных растений. Но систематическое внедрение этого аналитического метода является заслугой немецкого ученого Э. Шталя, который заложил основу современной ТСХ и дал математическое обоснование этому методу.

ТСХ можно рассматривать как разновидность метода бумажной хроматографии. Вместо свободно свисающих полос бумаги используют стеклянные пластинки, на которые тонким слоем наносят подходящий сорбент. На такой слой на стартовую линию наносят анализируемую смесь веществ, а край пластинки ниже стартовой линии погружают в систему растворителей. По мере продвижения жидкости на пластинке происходит разделение смеси веществ благодаря действию сил адсорбции, распределения, ионообмена или совокупности действия всех перечисленных факторов.

В зависимости от того, в каком направлении поступает растворитель на пластинку, различают методы восходящей и горизонтальной хроматографии, а также нисходящей. Хроматографический процесс ведут в специальной хроматографической камере. Перед началом анализа в камеру заливают смесь растворителя и насыщают парами растворителя. Выдерживают более 30мин., затем в камеру помещают подготовленную полоску хроматографической бумаги. После провидения анализа проводят идентификацию веществ, составляющих анализируемую смесь.

Если пятна окрашены. То рассматривают практический коэффициент распространения.

Rf=Lx/L

Lx-расстояние от центра пятна на старте, до центра пятна определенного вещества.

L-расстояние, пройденное фронтом растворителя от линии старта до фронта растворителя.

Полученные Rf практические сравнивают с Rf теоретическим и таким образом идентифицируют вещества анализируемой смеси.

Если хроматограмма не имеет до провидения никаких выделенных зон ее необходимо проявлять. В планарной хроматограмме используют специальный или универсальный проявительный реагент. Раствор нилгидрина для идентификации аминокислот, раствор йода в хлороформе, раствор серебра в аммиаке.

В качестве растворителей используют различные органические и минеральные растворители в определенном соотношении, которые подбирается опытным путем.

В аналитической практике используют и универсальные растворители, такие как: бензол, уксусная кислота, вода. (БУВ)

Для количественного определения используют два способа:

1) градуировочный график строят в координатах S=f(Cст)

Для определения S пятна используют трафареты и снимают на кальку площадь пятна, а затем считают.

2) сравнение площадей и анализируемого вещества.

Sст/Sx=Сст/Cx

ТСХ с незакрепленным слоем - это нанесение сорбента на чистую стеклянную пластинку, пластинку при этом помещают в камеру со смесью растворителей под углом не более 30-45 градусов.

ТСХ с закрепленным слоем к сорбенту добавляют связующее, и смесь закрепляют на подложке. В ТСХ в качестве связующего используют: гипс, крахмал. На качество тонкослойной хроматографии большое влияние оказывает степень дисперсности сорбента и его активность. Активность сорбента приводится в справочниках по шкале Брокмана.

В настоящее время в ТСХ применяют главным образом следующие сорбенты: для разделения липофильных веществ — силикагель, окись алюминия, ацетилированную целлюлозу, полиамиды; для разделения гидрофильных веществ — целлюлозу, ионообменники целлюлозные, кизельгур, полиамиды и др. За рубежом некоторые фирмы готовят силикагель, кизельгур и окись алюминия с добавкой 5% гипса, который используется для закрепления слоя.

Некоторые фирмы изготовляют стандартные хроматографические пластинки со слоем сорбента различной, но строго постоянной толщины (силикагель, целлюлоза, ионообменная смола), на стекле и других подложках (из алюминиевой фольги, пластмассы, пропитанного стекловолокна). Удобны в работе пластины с силикагелем для ТСХ: силуфольные (фирмы "SERVA" — ФРГ и "Kav" — ЧССР), приготовленные на алюминиевой фольге, укрепленной картоном, с крахмалом в качестве связующего, с добавлением и без флуоресцентных индикаторов).

ТСХ прочно вошла в практику современных аналитических лабораторий. Этим методом исследуют липиды, аминокислоты, нуклеотиды, сахара, фенолы, витамины, алколоиды и другие соединения. Метод ТСХ широко используется при проведении сертификационных испытаний продовольственных товаров по показателям безопасности (содержание пестицидов, нитрозаминов, афлатоксинов).

 

∙ Бумажная хроматография. Характеристика метода.

Бумажная хроматография – метод анализа состава исследуемого образца. Он был открыт в 1944г. Констоном, Гордоном, Мартином и Сенджем, которые использовали его для анализа смесей аминокислот. Мартин и Сендж впоследствии были удостоены Нобелевской премии за открытие распределительной хроматографии. В последующие 10 лет этот метод получил огромное распространение, но 1952г. бумажную хроматографию стал вытеснять новый метод – тонкослойная хроматография (являющийся, по сути, обобщением бумажной). Последний оказался эффективнее благодаря большей скорости эксперимента, пригодности для препаративных целей и более широким возможностям обнаружения. Поэтому сейчас бумажную хроматографию уже практически не применяют, а методы её давно не совершенствуются.

 

Бумажная хроматография:

-распределительная

-адсорбционная

-ионообменная

-препаративная

-аналитическая

 

В распределительной бумажной хроматографии можно выделить нормальную и обращённо-фазную хроматографию. В последнем случае (в отличие от нормального подхода) неподвижная фаза более липофильна, чем подвижная. Этот метод применяется для разделения липофильных веществ.

Бумажная и тонкослойная хроматография может быть использована для количественного анализа смесей. Для этого на стартовую линию наносят в виде пятна или полосы точный объем раствора пробы известной концентрации. Нанесение раствора осуществляют микропипетками, микрошприцами или специальными приспособлениями. При нанесении пробы стремятся, чтобы в ней содержалось не менее 20-500мкг определяемого вещества (в зависимости от методики количественного определения). Затем хроматографируют и количественно определяют вещества в полученных пятнах и полосках. Используют несколько способов определения компонентов пробы:

а) по площади зон, полученных при хроматограмме.

б) по измерению физических и физико-химических свойств зон на хроматограмме.

в) экстрагированием зоны соответствующим растворителем и анализом экстракта.

 

Определение по площади зон основано на явлении насыщения слоя адсорбента или бумаги веществом. Каждый тип адсорбента имеет определенную емкость и не может адсорбировать в единице массы больше определенного количества вещества. При хроматографировании неадсорбированная часть вещества переходит в подвижную фазу и поступает на свободные участки адсорбента, где адсорбируется. Вещество распределяется на хроматограмме на площади, пропорциональной его массе. Зависимость между массой вещества q и площадью пятна S на хроматограммах носит нелинейный характер и является логарифмической: √S=algq+b, где a и b – коэффициенты.

Эта зависимость линейна для количеств вещества от 1 до 80-100мкг. Кроме площади используют измерение ширины h и длины l пятна, произведение которых пропорционально логарифму количества вещества в пятне. В этом методе во избежание больших ошибок применяют стандартные растворы, определенные объемы которых с помощью микропипетки наносят на хроматограмму, стремясь получить серию пятен с различными содержанием стандарта. На эту же хроматограмму наносят определенный объем раствора пробы. Проводят хроматографирование, подсушивают хроматограмму, обрабатывают ее раствором реактива, подсушивают и измеряют площадь зон. Измерение площади проводят планиметром. При отсутствии планиметра под хроматограмму подкладывают копировальную и миллиметровую бумагу, обводят по периметру пятно зоны карандашом и подсчитывают площадь (мм²) изображений пятен на миллиметровой бумаге. Строят калибровочный график зависимости площади зон от массы стандарта и по графику определяют массу компонента в растворе пробы. Ошибка метода измерения площади зон достигает 5-10%, поэтому метод используют для ориентировочных анализов.

Более точен денситометрический метод определения веществ на хроматограммах (ошибка 1-2%). В методе денситометрии производят измерение оптического поглощения проявленной хроматограммы сканирующим лучом в проходящем или отраженном свете на специальных приборах – денситометрах. На денситограмме получают пики, площадь которых пропорциональна содержанию веществ в пятне. Построив с помощью стандартов калибровочный график, измеряют площадь пика компонента и по графику определяют его массу в пробе. Получает развитие также спектрофотоденситометрическое и флюориметрическое определение веществ на хроматограммах. В первом случае используют специальные спектрофотоденситометры, измеряющие поглощение вещества в монохроматическом свете, во втором измеряют флюоресценцию пятна при облучении хроматограммы УФ-светом.

Широкое распространение получил способ экстрагирования компонентов из зон подходящим растворителем. При применении этого способа на хроматограмму наносят стандартный раствор пробы. После получения хроматограммы производят ее обработку, детектирую зону стандарта, вырезают часть хроматограммы с зоной компонента пробы и производят его экстрагирование подходящим растворителем. Полученный раствор анализируют инструментальным методом, имеющим высокую чувствительность. Чаще всего применяют спектрофотометрические и фотоколориметрические методы. Если вещество не имеет цвета или не обладает поглощением в УФ-области, с экстрактом проводят фотометрическую реакцию, позволяющую получить интенсивно поглощающее производное вещества.

Бумажная и тонкослойная количественная хроматография обладает важным преимуществом по сравнению со многими другими методами анализа – высокой чувствительностью. Этими методами модно определить 10-20мкг вещества с точностью 5-7%.

 

 

∙ Основной закон светопоглощения. Оптические свойства растворов. Условия образования окрашенных растворов. Отклонение от закона Бугера - Ламберта - Бера. Фотометрический анализ многокомпонентных систем. Кривые поглощения накладываются, максимумы раздельные. Метод добавок в фотометрическом анализе. Фотометрический анализ многокомпонентных систем. Кривые поглощения имеют участки, на которых поглощает только одно вещество. Метод базисной линии в фотометрическом анализе.

Основной закон светопоглощения:

Любые вещества поглощают или отражают электромагнитные лучи. Окрашенные вещества поглощают излучение в диапазоне видимого света. УФ (… - 400нм). Видимая (400-700нм). ИК (700-…нм)

 

I₁₌I₀/n

I₂₌ I₀/n²

In=I₀/n^l где l- вся толщина слоя (1)

 

Преобразуем выражение (1)

 

A=-lgT

A=L (пропорциональна)

Согласно, закону Бугера – Ламберта Бера (2), оптическая плотность при прочих равных условиях пропорциональна толщине слоя. Позднее Бером было установлено, что поглощение света растворами или газами зависит от природы вещества и концентрации частиц в объеме. Таким образом, основной закон светопоглощения принял вид:

A=E*C*L

E- епсилант – молярный коэффициент поглощения, зависит от природы вещества.

Может принимать значение от десятков, до сотен единиц. Величина (E) характеризует меру чувствительности реакции.

Физический смысл молярного поглощения коэффициента: при концентрации вещества 1м и толщин слоя 1 см, A=E/

Оптическая плотность – величина безразмерная. Она обладает свойством адитивности, т.е. складывается из оптических плотностей всех компонентов, входящих в состав анализируемого раствора. (растворителя, растворенного вещества, добавленного компонента, для создания среды, примесей, учитывая это свойство при выполнении спектрофотометрических исследований обязательно используют раствор), в который вносят все компоненты кроме исследуемого вещества.

 

A^общ.=E₁C₁L+E₂С₂L+…EnCnL

С оптической плотностью связана такая характеристика, как пропускание.

Пропускание – отношение интенсивности прошедшего раствор к интенсивности светопадающего. Определяются в долях единицы или процентах.

T=I/I₀*100%

A=-lgT

 

 

Условия образования окрашенных растворов:

Для получения воспроизводимых результатов при фотометрировании окрашенных растворов, необходимо соблюдать некоторые условия.

Обычно окрашенное соединение - это комплекс, определенного вещества с реагентом. В качестве реагента используют слабые электролиты (слабые органические кислоты или основания). Для получения устойчивого окрашенного соединения (см схему)

 

X+R=XR =>комплекс

X-определяемое вещество.

R-реагент.

HR=H⁺+R^-

Так как реагент слабое органическое соединение, необходимо поддержать определенное значение ph для обеспечения постоянной концентрации R.

Значение ph рассчитывают с учетом констант ионизации молекулы реагента.

HR=H⁺+R^-

Для соблюдения закона Бугера-Ламберта-Бера необходимо учитывать отклонение оптической плотности, для этого используют несколько расчетов.

∆=A0-An/A0

∆=√1/cB* (√n-1)

An-оптическая плотность при n-разбавлении.

C-концентрации комплекса.

B-константа образования комплекса.

n-кратность разбавления.

 

∆ - отклонение оптической плотности при разбавлении. Для соблюдения закона, ∆ должна -> к 0.

При разбавлении возможны параллельно протекающие процессы.

 

1. примеси гидролизуются или образуют окрашенное соединение с добавленным реагентом, при этом оптическая плотность может ув) (кривая 2)

график…

 

 

Z+R=Z*R

В случае гидролиза (2) определенного вещества комплекс разрушается и оптическая плотность ум.

Кривая (3) - в этих случаях происходит отклонение от закона Бугера-Ламберта-Бера.

(1) – соответствует закону Бугера – Ламберта - Бера.

Следует помнить, что для работы на специальных приборах условия необходимо подбирать таким образом, чтобы оптическая плотность лежала в диапазоне (0,2 – 0,8)

 

Аппаратура

1-2-3-4-5

1-источник излучения.

2-монохромат

3-отделение для пробы

4-преобразователь излучения

5-регистрирующее устройство

В качестве источника излучения используют лампы накаливания. (например, дейтериевые)

В 1959г. в качестве излучения используют - лазеры, рабочим телом является - кристалл, рубин или растворы красителей. (Родамин 6ж. Флуоресцеин.)

В качестве монохроматора в различных приборах используют светофильтры (КФК – 2, ФЭК – 56-м) или дифракционные решетки, прибор (сф – 2000).

Монохроматоры служат, для выделения узкополосных световых потоков.

3-отделение: в различных приборах существуют различные отделения для трех кювет; для двух кювет.

И в зависимости от консистенции прибора - одна кювета - сравнение и – n – кювет исследуемого раствора (сф – 2000); (Specord 50)

4 (преобразователь излучения) - в качестве преобразователя используют фотодиоды и фотоэлементы.

5 регистрирующие устройства. Графическая – (лента самописца). Цифровая – (табло).

 

 

Фотометрический анализ многокомпонентных систем:

Графики…..

 

 

Рассмотрим несколько аналитических задач, по определению веществ в смеси:

1) задача: вещество 1 или 2 имеют два разных max и их спектры не наклоняются друг на друга. (рис.1.)

2) задача: вещество 1 или вещество 2 имеют два разных max, причем вещество 2 поглощает в области поглощения вещества 1. (частичное наложение спектра одного вещества на другое). См Рис.2.

3) задача: вещество 1 или вещество 2 имеют разные max, но вещество поглощает в области поглощения вещества 2, а вещество 2 поглощает в области поглощения вещества 2. Спектры накладываются. (Рис 3.)

 

Решение 1 задачи:

Графики….

 

1. Готовят стандартные растворы и строят градуировочные графики.
2. На спектре определяют max оптической плотности и по графику определяют концентрацию веществ.

C₁₌A_{лямбда1}/E_{лямбда1*}L C₂₌A_{лямбда2}/E_{лямбда2*}L

 

L-толщина слоя.

 

Если известны молярные коэффициенты поглощения, для каждого вещества при оптимальной длине волны можно определить концентрацию каждого вещества.

 

Для решения данной задачи строят три калибровочных графика:

Задача

График….

 

График (1) для вещества 1 при лямбда1

График (2) для вещества 2 при лямбда 2

График (3) для вещества 2 при лямбда 1

 

Анализируемый раствор фотометрируют при двух длинах волн (лямбда 1 и лямбда 2)

Затем по градуировочному графику N2 определяют концентрацию вещества (2).

График……

 

 

 

Затем по графику (3) определяют какой оптической плотности соответствует концентрация вещества (2) при лямбда1.

График………………..

 

 

Затем определяют оптическую плотность, соответствующую концентрации вещества 1.

 

A^общ_{лямбда1=}A^в-во1_{лямбда1}+A^в-во2_{лямбда1}

A^в-во _{лямбда1=}A^общ _{лямбда1}- A^в-во2_{лямбда1}

 

Далее по калибровочному графику1 определяют концентрацию вещества 1.

Самый распространенный случай. Когда спектры накладываются:

График…..

Для решения этой задачи готовят стандартные растворы (вещество 1) и (вещество 2) затем их фотометрируют при лямбда1 и лямбда2. И расчетным путем определяют молярный коэффициент поглощения для вещества 1 и вещества 2, при длинах волн.

 

E_{лямбда1}¹=A_{лямбда1}¹/C*L

E_{лямбда2}¹=A_{лямбда2}¹/C¹*L

E_{лямбда1}⁽²⁾=A⁽²⁾_{лямбда1}/C^(2)*L

E⁽²⁾_{лямбда2}=A⁽²⁾/C⁽²⁾*L

Далее учитывая, что оптическая плотность обладает свойством адитивности. И в нашей задаче два неизвестных (C⁽²⁾иC⁽¹⁾). Для ее решения составляем систему уравнений:

 

A_{лямбда1}^общ=(E¹_{лямбда1}*L¹+E_{лямбда1}⁽²⁾*L⁽²⁾)L

A_{лямбда2}^общ=(E_{лямбда2}¹С¹+E_{лямбда2}⁽²⁾*С⁽²⁾)L

Если анализируют реальные объекты, в которых присутствуют примеси. Для расчета используют метод базисных линий и метод Аллена.

 

График…..

 

 

По методу базисной линии проводят касательные у min оптической плотности характерного вида.

Затем определяют оптическую плотность, для вещества1.

 

C=A(AC-BC)/EC

И если известно значение молярного коэффициента рассчитывают концентрацию определенного вещества.

 

Если по стандарту построим градуировочный график, то зная оптическую плотность по нему определяют концентрацию вещества (Метод базисной линии).

 

Метод Аллена используют, если известно значение молярного коэффициента поглощения или оно определенно опытным путем при различных длинах волн.

 

График…..

 

 

 

 

Далее по формулам рассчитывают концентрацию.

С=2A_{лямбда2}-A_{лямбда1}-A_{лямбда3}/(2E_{лямбда2}-E_{лямбда1}-E_{лямбда3})

 

Метод добавок используют в анализе лекарственных средств.

Суть метода добавок при графическом способе нахождения концентрации исследуемого раствора поступают следующим образом.

В три одинаковые мерные колбы вводят одинаковое количество объема анализируемого раствора, затем во вторую колбу добавляют стандартный раствор известной концентрации и определенного объема определяемого вещества.

 

В третью колбу добавляют объем в два раза больший по сравнению с предыдущим стандартного раствора определенного вещества. Такие добавления обеспечивают угол наклона прямой близкий к 45градусам.

 

График……..

 

 

Затем прямую продолжают до пресечения с осью абсцисс. Отрезок отсекаем слева по абсолютной величине соответствует концентрации анализируемого вещества.

Расчетным путем (вычисление ведут по формуле)

 

Сx/Ca+Ca=Ax/A1

Cx=Ca*Ax/A1-Ax

 

Метод дифракционной спектрофотометрии используют, если концентрация анализируемого вещества высока и оптическая плотность такого раствора больше1.

Для ум оптической плотности раствор можно разбавить, однако, при большом разбавлении возможны ошибки параллельно протекают процессы гидролиза, примесей и окислительно-восстановительного взаимодействия.

В этом случае для получения достоверных результатов используют дифракционную спектрофотометрию измеряют оптическую плотность анализируемого раствора относительно стандартного раствора (раствор сравнения содержащего некоторую концентрацию определенного вещества).

 

Расчеты ведут графическим методом или расчетным путем.

График…….

 

В этом методе замеряют относительную оптическую плотность.

A_отн=Ax-A0

Aa=E*C0*L

Ax=E*Cx*L

A_отн=E*Cx*L-E*C0*L

 

Cx=A_отн/E*L (+C₀)

 

Методы используют для анализа реальных объектов при нивелировании примесей.

28. Сущность турбидиметрического метода анализа. Уравнение Рэлея. Метод стандартный серий в турбидиметрии. Сущность нефелометрии. Связь между интенсивностью рассеянного света и концентрацией анализируемого вещества. Аппаратура, применяемая в нефелометрии и турбидиметрии, ограничения применимости этих методов.

Эти методы используют для коллоидных систем, причем нефелометрический анализ оценивает интенсивность рассеянного света коллоидными коллоидными частицами (определяет концентрацию золей и эмульсий).

Турбидиметрический анализ определяет интенсивность поглощенного коллоидными частицами света (суспензии).

В основе разделения этих методов лежит размер частиц дисперстной фазы.

I₀ I_r

 

 

В нефелометрическом методе анализа интенсивность рассеянного света описывается уравнением Рэлея:

I_r = I₀ * n₁² – n² *NV² (1 + cos² β)

n² r²λ⁴

I₀ – интенсивность падающего света

n₁ и n – показатели преломления частиц и среды

N – общее число частиц

V – объем частицы

r – расстояние до наблюдателя

λ – длина волны падающего света

β – угол, образованный рассеянным светом

Если условия опыта не изменяются, т.е. природа коллоидной системы остается постоянной, длина волны падающего света и расстояние до наблюдателя постоянно, уравнение Рэлея можно преобразовать в:

I_r = K*C, где С – характерна для числа и объема данной коллоидной системы (NV²)

Таким образом, аналогично закону Бугера-Ламберта-Бера интенсивность рассеянного света при постоянных условиях определения пропорциональна концентрации.

Турбидиметрический анализ используют для определения концентрации более крупных коллоидных частиц (суспензии), и зависимость интенсивности поглощенного света от природы коллоидной системы описывается уравнением:

Lg I₀/I = K*

 

Уравнение справедливо только для сильно разбавленных суспензий.

с – концентрация поглощающих частиц в растворе

d – средний диаметр поглощающих частиц

K, α – константы, зависящие от природы суспензии и метода измерения

λ – длина волны падающего света

при постоянных условиях опыта К, α, λ и d можно объединить в одну константу. Тогда:

Lg I₀/I = K*С*L

Где К – молярный коэффициент мутности.

Условия приготовления коллоидных систем для НФ и ТД измерений:

1) т.к. используя эти методы, необходимо получать сильно разбавленные растворы, получаемые взвеси должны иметь малую растворимость.

2) Т.к рассеяние и поглощение света зависит от размера частиц, находящихся в растворе, необходимо учитывать при получении коллоидной системы следующие факторы:

-концентрация ионообразующих осадков

-соотношение между концентрациями смешиваемых растворов

-порядок смешивания растворов

-время, требующееся для получения максимальной мутности

3) для стабилизации коллоидных систем используют защитные коллоиды. К ним относят:

§ Желатин

§ Крахмал или другие стабилизаторы

АППАРАТУРА

 

В аналитической практике используют нефелометры и турбидиметры. Они представляют собой фотоколориметры со специальными приставками, фиксирующими интенсивность света, рассеянного или поглощенного

 

 

 

Принцип работы заключается в измерении интенсивности рассеянного света стандартного раствора и в измерении интенсивности рассеянного света анализируемого раствора

I_r^ст/I_r^x = Cст/Сx; h_ст / h_x = C_ст/ C_x

 

 

h h

 

 

 

Для полуколичественного анализа используют колориметрические пробирки или набор шлифованных стекол. Использование этих наборов обозначают как методы стандартных серий.

На практике используют как НФ и ТД, так и косвенные (нефелометрическое и турбидиметрическое титрование).

29. Сущность рефрактометрического анализа. Абсолютный и относительный показатели преломления. С чем связано явление преломления света, от чего зависит величина показателя преломления? Связь между рефракцией и поляризацией вещества. Понятие дисперсии в рефрактометрическом анализе.

 

«начало лекции пропущено»

Метод прост, быстро выполним и точен. Для определения готовности рефрактометра к работе предварительно измеряют показатель преломления дистиллированной воды. Теоретически и практически его значения должны совпадать и быть равны 1,3333.

Метод позволяет определять состав сложных смесей (горюче-смазочные материалы, пищевые продукты); для определения концентрации вещества строят градуировочный график в координатах: показатель преломления n от концентрации с.

Метод используют также для идентификации веществ, определяя показатель преломления и физические показатели (tкипения, плотность). Полученные экспериментальные данные сравнивают с табличными.

 

На показатель преломления влияют:

-структура вещества

-плотность вещества

-длина волны падающего света.

n

1,3

 

c

 

Зависимость показателя преломления от длины волны падающего света называется дисперсией. Различают частную дисперсию (n_λ1-n_λ2) и среднюю дисперсию (n_F - n_C), где F – синяя линия спектра водорода, С – красная линия спектра водорода.

Так как показатель преломления зависит от плотности вещества, различают удельную дисперсию:

δ_FC = ; где d – плотность

с рефракцией связана и поляризация света, которая зависит от структуры вещества. Определяя показатель преломления можно установить молярную массу определяемого компонента.

Для расчетов используют формулу Лоренца-Лорентца.

R= *

R – мольная рефракция

M – молярная масса вещества

Ρ – плотность

Мольная рефракция обладает свойством аддитивности, т.е. складывается из атомных рефракций. Значение атомных рефракций приводится в справочниках физических величин.

На практике сравнивая теоретические и практические значения мольной рефракции можно гарантированно идентифицировать вещество. Расхождение допускается в 0,2 – 0,4 для простых веществ 0,1 – 0,2 для сложных веществ.

Применение: для оценки чистоты лекарственных форм; в производстве спирта; в пищевой промышленности (для определения массовой доли жира) –

X,% = *100%

Vp – объем растворителя для экстракции жира

n_p – показатель преломления чистого растворителя

n – показатель преломления после извлечения жира из образца

_ж - удельный вес жира (величина постоянная для данного вещества)

m – масса образца, взятого для анализа жира

 

30. Устройство рефрактометра и порядок работы на нем

В настоящее время имеются различные типы рефрактометров для измерения показателей преломления. Для более точных измерений применяют рефрактометры Аббе и Пульфриха. В качестве источника света используют натриевую горелку, натриевую лампу или газоразрядную трубку, которая дает линейчатые спектры.

Наиболее распространенным является рефрактометр Аббе.

Принцип работы рефрактометра основан на определении угла полного внутреннего отражения. Рефрактометр предназначен для измерения показателей преломления жидкостей в пределах от 1,330 до 1,700.

Главной частью рефрактометра является призменный блок, состоящий из измерительной и осветительной призм, между которыми помещают тонкий слой исследуемого вещества. (грани призмы шероховаты). Свет, входящий в слои исследуемого вещества через освети