Застосування іонообмінної хроматографії

Іонообмінно-хроматографічний метод використовують для вирішення різноманітних аналітичних завдань – розділення та кількісного визначення неорганічних і органічних компонентів, отримання аналітичних концентратів, визначення концентрації іонів у водних розчинах тощо.

Розглянемо розділення катіонів металів без застосування комплексоутворювальних реагентів. Для розділення і визначення крізь катіоніт пропускають суміш катіонів металів, потім елюють їх розчинами кислоти або її солі оптимальної концентрації.

Використовують катіоніти в Н⁺-формі й проводять розділення зазвичай в кислих розчинах, в яких багатозарядні катіони металів не гідролізують. У цьому разі розділення рівнозарядних катіонів зумовлюється різницею їхніх іонних радіусів, а розділення різнозарядних катіонів – величиною заряду. Рухомою фазою при розділенні катіонів найчастіше є розчини хлоридної, нітратної кислот або їх солей. Розділені катіони елюються з колонки в результаті їх заміщення у фазі іонообмінника катіонами, що містяться в рухомий фазі.

Наприклад, елюювати сорбовані на іоніті – вольфраматі цирконію катіони натрію можна 0,1 M_, калію – 0,5 М, рубідію – 1,0 M_, цезію – 3,0 M підкисленим розчином NH₄Cl. Елюювати сорбовані на іоніті – молібдаті цирконію катіони кальцію, стронцію і барію можна підкисленим розчинам NH₄Cl з концентраціями відповідно 0,2, 0,5 і 1,0 М.

Розділення аніонів проводиться на аніонообмінниках, які містять фіксовані групи -NR₃,-NHR₂,-NH₂R і аніони як протиіони. Найбільш поширеними елюентами при визначенні аніонів є ​​ розчини карбонату, гідрокарбонату або гідроксиду натрію. Розділені аніони елюються з колонки аніонами, що містяться в рухомий фазі.

Час і порядок елюювання катіонів та аніонів залежить від їх заряду і розміру гідратованого іона. Іони утримуються тим сильніше, чим більший їх заряд і менший розмір гідратованого іона. Елююча здатність рухомої фази зростає зі збільшенням концентрації іонів, що містяться в ній, і їх спорідненості до іонообмінника, яка залежить від заряду і розміру елюючого іона. При використанні в елюенті солей слабких кислот їх елююча здатність залежить від рН розчину, оскільки при зміні рН змінюється склад розчину.

Спочатку експериментально у статичному режимі знаходять коефіцієнти розподілу кожного іона металу за різних концентрацій кислоти або її солі (при різних рН). За отриманими результатами обчислюють залежність коефіцієнта селективності α від концентрації кислоти (іонів водню) для пар катіонів і вибирають оптимальну концентрацію кислоти або її солі – таку, за якої α досягає максимального значення.

Розділення простих і складних кисневмісних аніонів проводять на сильноосновних аніонітах в OH^--, Сl^- або ΝΟ₃^--формі. Оптимальні умови розділення аніонів сильних кислот знаходять аналогічно розділенню катіонів, урахувавши, що коефіцієнт розподілу і коефіцієнт селективності α залежать від концентрації протиіона (ОН^-, Cl^- або ΝΟ₃^-).

Наприклад, елюювати з сильноосновного іоніту хлорид-, бромід-, йодид- іони можна розчином нітрату натрію (0,5 M для хлоридів, 2,0 M для бромідів і йодидів).

Іоніти, модифіковані органічними аналітичними реагентами, використовують для візуального тестування іонів металів у вигляді забарвлених сполук, які утворюються у фазі сорбенту. Кількісне визначення можливе безпосередньо в сорбенті методом спектроскопії дифузного відбивання або будь-яким методом у десорбаті, отриманому обробкою іоніту відповідним елюентом. Якщо іоніт використовують у вигляді тонкої плівки, то сорбовані іони можна визначати спектрофотометричним або фотометричним методом, вимірюючи оптичну густину плівки.

Методом іонообмінної хроматографії можна розділяти органічні кислоти та основи, а також речовини неіонного характеру отриманням продуктів конденсації або координації їх із простими іонами. Порівнюючи процес іонного обміну органічних сполук і неорганічних іонів, треба пам'ятати, що при розділенні органічних іонів важко передбачити селективність сорбції, а отже, і порядок елюювання. Чим більша молекулярна маса органічної кислоти або основи, тим сильніше вона утримується іонообмінною смолою. Однак, якщо розмір іонів більший за розміри пор, то смоли проявляють "ситовий" ефект, і сорбція великих іонів зменшується. При розділенні органічних іонів часто застосовують неводні розчинники. Різниця сили кислот або основ значно впливає на селективність сорбції, тому регулюючи рН елюенту, можна досягти потрібного розділення.

Іонний обмін використовують для аналізу нелетких органічних сполук. Леткі органічні сполуки зручніше розділяти методом газової хроматографії.

Іонообмінною мембраною називають плівку, отриману з іонообмінної смоли. Крізь катіонітні мембрани можуть проникати тільки катіони, а крізь аніонітні – тільки аніони. Цю властивість іонообмінних мембран використовують для розділення катіонів і аніонів, а також для їх відокремлення від неелектролітів методом електродіалізу.

Іонітні мембрани використовують також для виготовлення іоноселективних електродів. Мембранний електрод – це трубка, один кінець якої запаяний іонітною плівкою. Трубку заповнюють розчином електроліту, іонами якого "заряджена" іонітна мембрана. При зануренні такого електрода в розчин, що містить такі самі іони, на іонітній плівці виникає концентраційний потенціал, величина якого залежить від різниці концентрацій іонів по обидва боки мембранної плівки.

Крім аналітичної хімії, іонообмінні сорбенти використовують також в інших галузях, зокрема для синтезу нових хімічних сполук, вилучення цінних компонентів із відходів промислових виробництв, вивчення процесів комплексоутворення в розчинах тощо.

[PS1]була добутком або сумою двох функцій!!!!

[PS2]Забрати