ХРОМАТОГРАФИЯЛЫҚ АНАЛИЗ


Хроматография – араласпайтын екі – жылжитын (қозғалатын) және жылжымайтын (қозғалмайтын) фазалардан тұрады. Хроматография – заттарды бөлу, айқындау, анықтау әдісі. Хроматографиялық процесс заттардың табиғатына және концентрациясына байланысты.

Хроматографиялық процесс – қозғалмайтын фаза арқылы бөлінетін компоненттері бар қозғалатын фазадағы қоспаның жылжуы.

Қозғалатын фаза анализденетін заттары бар ерітінді не газ болуы мүмкін. Қозғалмайтын фаза қатты зат не қатты затта (носитель) адсорбциаланған сұйық зат болуы мүмкін. Қозғалмайтын фаза арқылы қозғалатын фаза жылжығанда оның құрамындығы заттар қозғалмайтын фазада сорбциалану қабілетіне байланысты жұтылады. Сондықтан қозғалмайтын фазаны сорбент деп атайды. Сорбциалану қабілеттеріне байланысты заттар бөлінеді.

Хроматографиялық әдіс бағаналы (колонкалы) және жазықтықты болып бөлінеді. Бағаналы әдісте бағаналар, жазықты хроматографияда арнайы қағаз не сорбенттің жұқа қабаты қолданылады.

Заттарды бағаналардағы сорбентте бөлудің бірнеше тәсілдері бар. Ерітінді не газ күйіндегі сынаманы (қоспаны) сорбенті бар бағана арқылы өткізгенде сорбциалануына байланысты заттар зона түзіп орналасады, оны ішкі хроматография деп атайды. Егер заттар түсті зоналар түзсе, қоспадағы заттарды сапалық анализдеуге болады.

Егер қоспа компоненттері түссіз болса және әр зонадағы компоненттерді сандық анализдеу керек болса, фронтальды және элюентті хроматографиялар қолданылыды. Фронтальды хроматографияда алдымен сорбент арқылы бағанадан еріткішті өткізеді де толассыз заттар қоспасының ерітіндісін өткізеді. Бағанадан шыққан ерітіндіні элюат деп атайды. Алдымен таза күйінде ең нашар сорбциаланатын компонент шығады, келесі өлшемде (порция) көбірек сорбциаланатын компоненттер қоспасы шығады. Сонымен, таза күйінде тек ең нашар сорбциаланатын бір ғана затты бөліп алуға болады. Сондықтан бұл әдіс негізінен заттарды бөлуге емес, концентрлеуге қолданылады. Элюентті хроматографияда бағанадан қоспаны өткізеді де еріткішпен (элюентпен) жуады.

Заттардың сорбциалануына байланысты элюентпен бағана бойымен компоненттер жылжиды, алдымен бағанадан ең нашар сорбциаланатын зат шығады, солай кезекпен заттар шығып отырады. C = f (t) графигін, элюентті хроматограмма алады.

Қозғалатын фазаға байланысты газды және сұйықты хроматограмма болады. Қозғалмайтын фаза қатты не сұйық болады, сондықтан газ-қатты фазалы және газ-сұйық фазалы, сұйық-қатты фазалы және сұйық-сұйық фазалы хроматография болады.

Сорбент және анализденетін заттар қоспалары табиғатына байланысты заттардың бөлінуі әр түрлі механизммен жүреді. Заттар мен сорбенттің әрекеттесу механизміне байланысты таралу заңына негізделген сорбционды әдістер және бөлінетін заттар молекулаларының өлшемдері айырымына негізделген гель-фильтрационды әдістер болады.

Сорбционды әдістер адсорбционды, таралу, ионалмасу және тұнбаға түсу хроматографиясы болып бөлінеді.

Хроматография түрлерінен ең маңыздысы – элюенті бағаналы хроматография. Хроматография әдісінің негізгі сипаттамалары:

Сыйымдылық коэффициенті (К) – А заты қаншалықты сорбентте берік ұсталатындығын көрсетеді.

К =n жылжитын/n жылжымайтын, nА затының моль саны;

Таралу коэффициенті (D) – А затының қозғалатын және қозғалмайтын фазаларда таралғандағы орнаған тепе-теңдікті көрсетеді.

D = C қозғалмайтын/С қозғалатын, С – А затының концентрациясы, моль/л.

Хроматография түріне байланысты таралу коэффициенті әр түрлі аталады. Ионалмасу және таралу хроматографиясында – таралу коэффициенті деп, адсорбционды хроматографияда – адсорбционды коэффициент деп, гель-фильтрационды хроматографияда – бойлау, кіру (проницаемость) коэффициенті деп аталады.

Бөліну коэффициенті (α) – екі бөлінетін (А және В заттары) заттардың бөліну дәрежесі. α = КАВ не α = DA/DB.

Хроматография процесі кезінде заттарды бөледі де сапалық және сандық анализ жүргізеді. Ол үшін 2 тәсіл қолданылады: 1) хроматографиялық бағанадан шыққан фракцияларды жинап, белгілі бір аналитикалық әдіспен анықтайды. 2) хроматографиялық бағанадан шығатын фракциалардың аналитикалық көрсеткіштерін (концентрация, оптикалық тығыздықты, электр өткізгіштікті т.б.) өлшейді не өздері жазатын құралдармен (детекторлар) тіркейді. Нәтижесінде хроматограмма алынады. Хроматограммадағы шыңның күйіне байланысты сапалық анализ жасауға, биіктігі (һ) мен ауданына (S) байланысты сандық анализ жасалады. Көбінесе заттар концентрациясын градуирлік график құру арқылы табады: һ = f(C), яғни биіктік (аудан) пен концентрация байланысы бойынша график құрады. Кең қолданылатын хроматография түрлеріне: сұйықтық (ионалмасу, таралу, жоғары тиімді сұйықтық) және газды хроматографиялар жатады.

Хроматографияда ионит (катионит, анионит) деп аталатын синтетикалық полимерлі заттар, ионалмасатын шайырлар қолданылады. Олар матрицадан (R) және активті топтардан (жылжитын иондары бар) тұрады. Катиониттерде қышқылдық сульфо- не карбоксил- топтары (RSO3H, RCOOH), аниониттерде – негіздік, аминотоптары (RNH2, RNH) болады. Ионалмасу тепе-теңдігі тепе-теңдік константасымен сипатталады:

RKt + M+ ↔ RM + Kt+

K = CRM×CKt+ /CRKt × CM+ (58); RAn + A- ↔ RA + An-

K = CRA×CAn-/CRAn×CA- (59); СAn-, CKt+, CA-, CM+ – ерітіндідегі иондар концентрациясы; CRKt, CRM, CRAn, CRA – иониттегі иондар концентрациясы.

Әр ионит алмасу сыйымдылығымен сипатталады: 1г ионит алмаса алатын иондар эквивалентінің мөлшері.

Иондар ионитте таралу коэффициентіне байланысты (D) ұсталады. Көп зарядты иондар бір зарядты иондарға қарағанда ионитте күштірек ұсталады, яғни олардың D мәні үлкендеу. Көп жағдайда катиондарды бөлу үшін иониттерді Н+ түрге, ионит арқылы НСІ өткізіп, айналдырады. Содан соң иондар қоспасы бар ерітіндіні ақырындап өткізеді. Әр ион өзінің сорбциалануына (жұтылуына) байланысты ионитте ұсталады. Хроматографиялық бағана арқылы қышқылдарды ақырындап жібергенде D мәніне байланысты иониттегі Н+ ионымен алмасып, бағанадан белгілі ионы бар ерітінді шыға бастайды.

Ионалмасу хроматографиясы кедергі келтіретін иондарды бөлу үшін, суды тұзсыздандыру үшін, сұйытылған ерітінділерден аз мөлшердегі заттарды концентрлеу үшін қолданылады. Мысалы, көптеген металдар иондарын айқындау (обнаружение) және анықтау үшін фосфат-ионы кедергі келтіреді, себебі олармен фосфат-ионы тұрақты комплекстер не аз еритін қосылыстар түзеді. Фосфат-иондарынан арылу үшін ерітіндіні Н+ түрдегі катиониті бар бағана арқылы өткізгенде металл-катиондары катионитте қалып, фосфат-ионы өтіп кетеді. Күшті қышқыл ерітіндісімен бағананы жуып, металл катиондары ерітіндісін алады.

Суды тазалау үшін Н+ катиониттен, сосын ОН- - аниониттен өткізеді, сонда суда Н+ және ОН- қалады.

Бағаналы хроматография кей жағдайда ұзақ жүреді, тездету үшін қысым қолданса, оны жоғары эффектілі сұйықтық хроматография деп атайды.

Өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. Хроматография әдісі қалай орындалады?

2. Катиониттерде, аниониттерде қандай процестер жүреді?

3. Хроматографияның түрлері.

4. Хроматографиялық әдістің негізгі сипаттамалары (сыйымдылық, таралу, бөліну коэффициенттері).

БІЛІМ АЛУШЫНЫҢ ӨЗДІК ЖҰМЫСЫНА (БӨЖ) ЖӘНЕ ОҚЫТУШЫ БАСШЫЛЫҒЫМЕН ОРЫНДАЙТЫН БІЛІМ АЛУШЫНЫҢ ӨЗДІК ЖҰМЫСЫНА (БОӨЖ) АРНАЛҒАН ТАПСЫРМАЛАР

Фотометрия, хроматография тақырыптарына тест тапсырмалары

1. Заттар жақсы бөліну үшін Rf мәні мына аралықта болу керек:

А. 0,01-0,02;

В. 0,055-0,85;

С. 0,9-0,12;

D. 0,12-1,0;

Е. 1,0-10,0.

2. Ионалмасу хроматография әдісі арқылы күкірт қышқылындағы хром(III) және фосфат-иондарын қай сорбентте бөлуге болады?

А. Al2O3 «хроматография үшін»;

B. КУ-2 катионитінде;

С. Целлюлозада;

D. СаСО3-те;

Е. Дұрыс жауабы С, Е.

3. Кермектігі 7мэкв/л 2л суды катиониттен өткізген. Кермектікті 2мэкв/л дейін төмендету үшін қанша сорбент алу керек? Құрғақ сорбент сыйымдылығы 4,5мэкв/л, ылғалдылығы 17%:

А. 2,68 г;

В. 3,45 г;

С. 4,54 г;

D. 6,22 г;

Е. 3,00 г.

4. Бугер-Ламберт-Бер заңының теңдеуі:

А. lgI/I0 = 10-ElC;

B. lgI0-lgI/E∙l;

C. I/I0 = 10-ElC;

D. lgI-lgI0 = E∙l∙C;

E. A = l∙C.

5. Фотоколориметрлерде светофильтрлер не үшін қолданылады?

А. Анализдің дәлдігін жоғарылату үшін;

В. Анализдің сезімталдығын жоғарылату үшін;

С. Спектрдің жарықты көп жұтатын аймағын бөлу үшін;

D. Жарықты әлсірету үшін;

Е. Дұрыс жауабы А, В.

6. Темірдің сульфосалицилат комплексі ерітіндісінің оптикалық тығыздығы 0,37. 50мл ерітіндіде 0,115г темір болған. Кювета қалыңдығы 3см. Жұтылудың молярлық коэффициентін (ε) анықтау қажет:

А. 1,07;

В. 3,083;

С. 2,95;

D. 1500,

Е. 4,83.

7. КУ-2 катионитінің сиымдылығы 5мэкв/1г құрғақ сорбентке қатысты. 3г ылғал ионитті (W=17%) темір ионымен толық қанықтыру үшін 0,004н темір(III) хлоридінің қандай көлемін өткізу керек?

А.1,65 л;

В. 3,11 л;

С. 4,42 л;

D. 5,84 л;

Е. 3,16 л.

8. Колонкаға тұнбаға түсіргіш ретінде натрий гидроксиді құйылған. Егер ЕКCu(OH)2 = 5,6∙10-20; EKFe(OH)3 = 32∙10-38 болса,колонкада мыс және темір гидроксидтері қалай орналасады?

А. Cu(OH)2 жоғарыда, Fe(OH)3 төменде;

B. Fe(OH)3 жоғарыда, Cu(OH)2 төменде;

C. Fe(OH)3 және Cu(OH)2 бірге;

D. Кезекпен – Fe(OH)3 –Cu(OH)2 –Fe(OH)3 –Cu(OH)2;

Е. Дұрыс жауабы А, Е.

9. Тұнбаға түсіргіш ретінде алынған хлор-ионымен қаныққан анионит арқылы натрий- және кальций- иондарын бөлуге бола ма?

А. Болады;

В. Болады, кальций ериді;

С. Аздап бөлуге болады;

D. Қыздыру қажет;

E. Болмайды.

10. Фотоэлемент деген:

А. Жарық энергиясын электр энергиясына айналдыратын құрал;

В. Эмиссионды спектроскопия;

С. Спектральді анализ;

D. Фотографиялық анализ;

Е. Химика-спектральді анализ.

11. Жарық жұтудың (фотометрияның) негізгі заңы:

А. Бугер заңы;

В. Ламберт заңы;

С. Бер заңы;

D. Бугер-Ламберт-Бер заңы;

Е. Оптикалық тығыздық.

12. Фотометрияның негізгі заңы:

А. T = I/I0 ;

B. T = I0/I;

C. Aλ = ε λl∙c;

D. – lgT = A;

E. A = l∙C.

13. Монохроматизатор ретінде қолданылады:

А. Призмалар;

В. Фотоколориметрлер;

С. Спектрофотометрлер;

D. Спектроскоптар;

Е. Детекторлар.

14. Фотометриялық әдістің дәлдігі жоғары болу үшін оптикалық тығыздық (A) мына мәнді қабылдауы керек:

А. 0,034;

В. 0,055;

С. 0,435;

D. 2,004;

Е. 1,555.

15. Фотометриялық әдіс анықтайтын заттың минимал концентрациясы мына формуламен көрсетіледі:

А. Сmin = Aλ∙l;

B. Cmin = Amin/el;

C. Cmin = ε λ∙Aλ;

D. Cmin = ε l/A;

E. Cmin = ε λ/l∙Amin.

16. Фотометриялық титрлеу әдісінде эквивалент нүктені анықтау үшін:

А. Ерітіндінің жарық жұтуын өлшейді;

В. Титрант көлемін өлшейді;

С. Жарықтың молярлық жарық жұту коэффициентін өлшейді;

D. Ерітіндінің титрін анықтайды;

Е. Инфрақызыл спектрді өлшейді.

17. Ерітіндінің оптикалық тығыздығы жарық жұтудың қалыңдығы артқан сайын:

А. Артады;

В. Кемиді;

С. Алдымен артып, кейін кемиді;

D. 2 есе артады;

Е. 2 есе кемиді.

18. Бес тексерілетін ерітіндінің оптикалық тығыздықтары 0,10; 0,44; 0,80; 2,00; 1,50 болса, мына жағдайда өлшеудің салыстырмалы қатесі аз болады:

А. 0,10;

В. 0,44;

С. 2,00;

D. 0,80;

Е. 1,50.

19. Мына заттың жұту спектрі көрінетін облыста болады (400 – 700 нм арасында):

А. NaCI;

B. HCI;

C. H2SO4;

D. H2O;

E. KМnO4.

20. Висмуттің(III) түсті ерітінділерін фотометриялағанда мына жағдайда Сmin (минимал концентрациясы) анықталады:

А. ε = 9∙103;

В. ε = 3,5∙103;

С. ε = 4,5∙104;

D. ε = 350;

Е. ε = 540.

21. Оптикалық анализ:

А. Полярография;

В. Амперометрия;

С. Фотометрия;

D. Титриметрия;

Е. Гравиметрия.