Общие замечания

Для целей химического анализа используют разнообразные сорбенты, различающиеся по материалу матрицы, функциональным группировкам, способам их закрепления, по емкости, механическим свойствам, зернению, и другим характеристикам. Сорбенты могут отличаться и по физической форме; их используют в виде порошков, гранул, волокон, тканей, бумаги, фильтров.

К сорбентам, используемым в анализе, предъявляют ряд требований. Самым важным требованием является требование полноты и избирательности выделения нужного соединения или группы соединений. Желательно, чтобы сорбенты были химически и механически устойчивыми, доступными, а также легко регенерировались.

Для выделения и концентрирования заданных компонентов и отделения их от сопутствующих аналитик должен выбрать «оптимальный» сорбент. Сложность этого выбора обусловлена необходимостью учета ряда разных, но часто взаимосвязанных факторов.

Выбор сорбента в немалой степени определяется природой микрокомпонента – формой (формами) существования этого компонента в растворе, размером и зарядом иона или молекулы, способностью этой формы вступать в реакции с функциональными группами или, шире, – к взаимодействию с поверхностью сорбента. Очевидно, что для извлечения катионов надо использовать катионообменники, для извлечения анионов – анионобменники, а гидрофобные соединения могут сорбироваться на гидрофобных поверхностях. Однако такой выбор неоднозначен, для решения тех же задач часто более эффективны, например, комплексообразующие сорбенты; более того, извлекаемые элементы перед концентрированием можно перевести в другие формы, и круг выбираемых сорбентов изменится.

При выборе сорбента учитывают способ проведения концентрирования. Так, после сорбционного извлечения в статических условиях сорбент-концентрат должен легко отделяться от маточного раствора; при использовании в динамическом режиме сорбент не должен создавать высокого противодавления – нежелательно использовать сильнонабухающие сорбенты, а также слишком мелкие фракции сорбентов. При проведении концентрирования вне лаборатории необходимо учитывать возможность консервации и транспортировки концентратов; в этом случае, например, вместо порошкообразных сорбентов удобнее применять фильтры, таблетки и др. Применение сорбентов в проточных системах анализа возможно лишь при условии неизменности сорбционных и механических свойств сорбента при осуществлении многочисленных циклов сорбции-десорбции.

Какие же сорбенты или, по крайней мере, типы сорбентов находят применение при аналитическом концентрировании микрокомпонентов и как их можно классифицировать? Если в основу классификации положить химическую природу матрицы сорбентов, то мы можем говорить о сорбентах органических и неорганических. К органическим относят обычно полимерные сорбенты, причем и природного (целлюлоза), и синтетического происхождения (на основе стирола-дивинилбензола, метилметакрилата, полиуретанов и др.). К неорганическим относят сорбенты на основе кремнезема, оксидов и гидроксидов металлов, фосфатов и некоторых других солей отдельных элементов. Промежуточное положение между органическими и неорганическими сорбентами занимают углеродные сорбенты – активированный уголь, сажа, графитовый порошок.

В соответствии с другой классификацией в расчет принимают химическую функциональность сорбента, и связанный с ней механизм сорбции. В этом случае можно выделить ионообменники органической и неорганической природы – катиониты и аниониты; комплексообразующие сорбенты, в том числе хелатообразующие (но этот термин приложим лишь в тех случаях, когда образование хелатных циклов доказано); гидрофобные сорбенты; редокс-сорбенты, действие которых основано на протекающих при сорбции реакциях окисления-восстановления; сорбенты, выступающие в роли участников реакций органического синтеза, например диазотирования и азосочетания.

Среди органических функционализированных сорбентов различают: гетероцепные сорбенты, в которых «активные» атомы входят непосредственно в полимерную цепь; сорбенты с привитыми на «инертную» матрицу активными группировками; сорбенты с нековалентно иммобилизованными аналитическими реагентами, которые нанесены на матрицу «механическими» методами, а не связаны с ней ковалентно. Практически все это относится и к неорганическим сорбентам.

Ниже рассмотрены основные типы сорбентов, которые чаще всего используют в химическом анализе.