Классификация методов

Целям аналитического разделения и концентрирования служат многочисленные методы; в научно-методическом плане они развиты в разной степени и сильно отличаются масштабами использования. Их арсенал все время пополняется за счет появления новых методов или новых вариантов уже известных. Для решения задач используют почти все химические и физические свойства веществ и процессы, происходящие с ними. Для того чтобы можно было ориентироваться в многообразии методов разделения и концентрирования, предложены различные классификации.

Ю.А. Золотов предложил классифицировать методы концентрирования по фазовому состоянию системы в процессе концентрирования и конечному состоянию концентрата. В рамках этой классификации наибольшее значение имеют методы, основанные на на различиях в распределении веществ между двумя фазами такими, как жидкость – жидкость, жидкость – твердое тело, жидкость – газ и твердое тело – газ. При этом однофазная система может превращаться в двухфазную путем какой-либо вспомогательной операции (осаждение и соосаждение, испарение, дистилляция, кристаллизация и др.), либо введением вспомогательной фазы – жидкой, твердой, газообразной (таковы методы экстракции, сорбции, хроматографии). В табл. 1 приведена классификация наиболее распространенных методов концентрирования, построенная по принципу распределения вещества между фазами.

Степень использования указанных методов концентрирования различна. Выбор метода концентрирования применительно к конкретному объекту анализа зависит от многих факторов. Решать эту задачу нельзя в отрыве от объекта анализа и метода анализа концентрата. При выборе метода концентрирования учитывают следующие факторы: природу анализируемого объекта; перечень микрокомпонентов, которые необходимо выделить и определить в этом объекте и их содержание;

Таблица 1. Классификация методов по фазовому состоянию системы в процессе концентрирования и конечному состоянию концентрата

сочетаемость выбранного метода концентрирования и метода последующего определения компонентов в концентрате; количественные и

метрологические характеристики методики концентрирования (степень извлечения, коэффициент концентрирования, воспроизводимость и др.); приборную и кадровую оснащенность лаборатории, которая будет использовать выбранную методику; экономические затраты на стадию концентрирования; необходимость обеспечения безопасных условий работы. Кроме того, при выборе метода концентрирования необходимо учитывать взаимное влияние матрицы и микрокомпонентов. Например, экстракции нередко сопутствует соэкстракция, осаждению – соосаждение, испарение осложняется образованием азеотропных смесей.

В методах разделения и концентрирования веществ, основанных на различиях в межфазном распределении, всегда существуют ограничения по массопереносу. Из одной фазы в другую не может перейти вещества больше, чем это следует из коэффициента распределения. Для решения задач, требующих увеличения массопереноса без возрастания объема разделяющей фазы, более перспективными оказались две группы методов, основанные: 1) на индуцируемом межфазном переносе вещества из одной фазы в другую, через разделяющую их третью фазу, являющуюся мембраной, или 2) на разделении компонентов в пределах одной гомогенной фазы под воздействием электрического, магнитного, гравитационного или теплового полей. Л.Н. Москвин предложил классифицировать мембранные методы разделения по принципу системы фаз и движущей силы процесса (табл. 2), а методы внутрифазного разделения – по природе сил, вызывающих различное пространственное перемещение ионов, атомов или молекул в пределах одной фазы (табл. 3). Различия в скорости пространственного перемещения ионов, атомов или молекул в методах внутрифазового разделения проявляются в зависимости от их массы, размера, заряда, энергии взаимодействия частиц с ионами и молекулами, находящимися в среде, в которой происходит разделение.