Проверка домашнего задания. Обобщение и систематизация полученных знаний

Обобщение и систематизация полученных знаний

Выставление оценок

Домашняя работа: Подготовить доклад на тему: Основные приемы, используемые в физико-химических методах анализа.

 

СРСП № 25

На тему:Фотоколориметрический метод анализа

Цель:

Обучающая– глубокое изучение различных явлений и законов по данной теме

Развивающая – формирование эффективных и устойчивых взаимосвязей между научной и образовательной деятельностью;

Воспитательная – приобщать обучающихся к активности, самостоятельности на занятиях

 

Ход урока:

1. Организационный этап- 3 минуты

2. Этап подготовки к усвоению материала СРСП -5 минут

3. Проверка домашнего задания- 27 минут

4. Обобщение и систематизация полученныхзнаний - 5 минут

5. Выставление оценок- 5 минут

 

В основе метода фотоколориметрии лежит основной закон светопоглощения Ламберта-Бугера-Бера:

А = e×с× , где:

А – светопоглощение;

e - молярный коэффициент светопоглощения;

с - молярная концентрация окрашенного вещества в растворе;

l - толщина слоя раствора, см;

Светопоглощение анализируемого раствора прямо пропорциональна концентрации окрашенного раствора и толщине слоя раствора.

Из основного закона фотометрии следует, что основными параметрами фотометрического определения является длина волны, при которой производится измерение А, толщина кюветы и концентрация окрашенного раствора. Сюда же следует отнести и различные химические факторы, связанные с полнотой и условиями фотометрической реакции, концентрацией окрашенных и других реактивов, их устойчивостью и др. В зависимости от свойств анализируемой системы и характеристик применяемого фотометрического прибора выбирают те или иные условия анализа.

Пример: Молярный коэффициент светопоглощения дитизоната меди (II) в тетрахлориде углерода при l = 550нм равен e = 4520; относительная оптическая плотность А = 0,5; длина кюветы равна 5см. Рассчитайте концентрацию меди в растворе.

Решение:

Согласно закону фотометрии А = e×с× , концентрация меди будет равна:

с( Cu²⁺ ) = 0,5/4520×5 = 0,2×10^-4 моль/л;

 

В таблице 14 представлены задания для нахождения с(х) в анализируемом растворе. Задания выполняются самостоятельно, используя:

а) метод градуировочного графика

б) используя основной закон фотометрии Ламберта-Бугера-Бера;

Таблица 14

Рассчитать концентрацию металла в анализируемом растворе используя:

а) прием градуировочного графика, б) по экспериментальным данным колориметрического определения:

 

№	Меn+	с (ст.р-ра) моль/л	А	А(х)	1, см длина кюветы	Приблиз-ая область длины волны (l, нм)	el	Окраска исслед-го р-ра
	Fe3+	0,2×10-4	0,11	0,45	2,0			кроваво-
0,4×10-4	0,22				красная
0,6×10-4	0,50
0,8×10-4	0,60
	Zn2+	1,0×10-5	0,10	0,40	2,0			желтая
2,0×10-5	0,19
3,0×10-5	0,32
4,0×10-5	0,5
	Мn2+	0,4×10-3	0,3	0,38	3,0			малино-фиолетовая
0,6×10-3	0,45
0,8×10-3	0,6
0,9×10-3	0,7
	Сu2+	0,5×10-3	0,15	0,75	3,0			синяя
1,0×10-3	0,30
1,5×10-3	0.45
2,0×10-3	0,60
	Со2+	0,35×10-3	0,45	0,56	3,5			синяя
0,55×10-3	0,69
0,65×10-3	0,82
0,75×10-3	0,93
	Ni2	0,5×10-4	0,12	0,45	4,0			красная
1,0×10-4	0,23
2,0×10-4	0,46
4,0×10-4	0,93
	Cr3+	0,2×10-4	0,23	0,55	3,0			оранжевая
		0,4×10-4	0,47
		0,6×10-4	0,69
		0,8×10-4	0,92

Проверка домашнего задания

Обобщение и систематизация полученных знаний

Выставление оценок

Домашняя работа: Подготовить доклад на тему: Повышение чувствительности и точности определения веществ высокой чистоты, следов примесей.

СРСП № 26

На тему:Хроматография

Цель:

Обучающая– глубокое изучение различных явлений и законов по данной теме

Развивающая – формирование эффективных и устойчивых взаимосвязей между научной и образовательной деятельностью;

Воспитательная – приобщать обучающихся к активности, самостоятельности на занятиях

 

Ход урока:

1. Организационный этап- 3 минуты

2. Этап подготовки к усвоению материала СРСП -5 минут

3. Проверка домашнего задания- 27 минут

4. Обобщение и систематизация полученныхзнаний - 5 минут

5. Выставление оценок- 5 минут

 

Хроматография – универсальный и эффективный физико-химический метод разделения смесей соединений. Используется для решения следующих основных задач:

1. разделение сложных систем различного органического и неорганического происхождения на составные компоненты (например, выделение растительных и животных пигментов);

2. концентрирование веществ из сильно разбавленных растворов (например. микроэлементов из морской воды, почв, горных пород и т.д.);

3. очистка от примесей веществ, таких как витамины, антибиотики.

Вещества при хроматографировании не изменяются химически, что важно при многих исследованиях и проведении анализа. Современные хроматографические методы позволяют не только разделить вещества, но и обнаружить их, идентифицировать и определять.

Любой хроматографический метод основан на распределении вещества между двумя фазами, из которых одна неподвижна (стационарная), другая перемещается относительно первой (подвижная). Компоненты смеси вместе с подвижной фазой переходят через неподвижную и, благодаря различию в относительных скоростях перемещения, разделяются. Разделение веществ связано с сорбционно-десорбционными процессами и возможно в том случае, если стационарная фаза – сорбент – обладает различной сорбционной способностью по отношению к каждому из разделяемых компонентов. При этом под сорбцией понимают любой процесс, связанный с накоплением того или иного компонента в неподвижной фазе или на границе раздела фаз. Таким образом, различие в поведении отдельных компонентов заключается в том, что они перемещаются с неодинаковой скоростью и, соответственно, за один и тот же промежуток времени проходят различные отрезки пути, т.е. имеют разное время удерживания.

Хроматографические методы классифицируют по различным признакам: природе фаз, механизму разделения, технике выполнения и т.д.

Неподвижной фазой может быть твердое вещество, жидкость, нанесенная на твердый носитель или гель. Подвижной фазой – жидкость или газ. По агрегатному состоянию подвижной фазы хроматография подразделяется на жидкостную и газовую. В зависимости от природы твердой фазы различают газо – твердофазную и газо – жидкостную хроматографию, а также жидкостно – твердофазную и жидкостно – жидкостную.

По механизму процесса разделения различают адсорбционную, распределительную, ионообменную, ионную, осадочную и гель-фильтрационную хроматографию.

Хроматографические методы с жидкой подвижной фазой на практике различают по технике выполнения, в зависимости от того, помещена неподвижная фаза в колонку (колоночная хроматография), нанесена в виде слоя на пластинку (тонкослойная хроматография) или распределена в виде пленки на бумаге (бумажная хроматография).

Растворитель, проходящий через колонку, называется элюентом, процесс перемещения вещества вместе с элюентом – элюированием. В результате образуются отдельные хроматографические зоны компонентов смеси, т.е. хроматограмма.

Рассмотрим более подробно несколько видов хроматографии, имеющие наибольшее значение в анализе пищевой, химической и нефтехимической промышленности.

Ионообменная и ионная хроматография. Методы ионообменной хроматографии используется преимущественно для разделения ионов. Количественные определения компонентов после разделения могут быть выполнены любым подходящим методом. Простейшая методика ионообменного разделения состоит в поглощении компонентов смеси ионитов и последовательном элюировании каждого компонента подходящим растворителем. Например, катионы щелочных металлов легко элюируются разбавленным раствором хлороводородной кислоты

(0,1 М HCl). Элюирование раствором 0,1 М HCl позволяет легко разделить Na⁺ и K⁺.

Ионообменные методы применяют для определения суммарного содержания катионов или анионов в растворе и для анализа растворов чистых солей. При пропускании через катионит в Н⁺ - форме раствора, например, соли натрия в результате ионообменного процесса в растворе появляется эквивалентное количество Н⁺ - ионов:

 

HR + Na⁺ = NaR + H⁺ (1)

 

Концентрация ионов Н⁺ в этом растворе может быть определена, например, титрованием и, таким образом, найдена концентрация Na⁺ в исходном растворе.

Ионная хроматография является одним из вариантов разделения на ионитах, характеризующаяся более высокоэффективной техникой, чем обычная ионообменная хроматография. В этом методе используется поверхностно – слойные сорбенты с небольшой емкостью (10^-2 – 10^-1 ммоль экв/г) и наибольшим размером частиц (5-50мнм), повышенные давление на входе колонку (2-5 МПа) и высококачественные детектора с автоматической записью сигнала. Для ионной хроматографии характерны экспрестность, удобство работы и более высокая разделительная способность.

Методами ионной хроматогрфии определяют очень многие анионы в питьевой и технической воде, в продуктах технологической переработки в пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности. Известны методики определения галогенидов, нитрата, нитрита, сульфата, ацетата и т.д., всего свыше 70 анионов неорганических и органических кислот. Число катионов значительно меньше. Методами ионной хроматографии определяют главным образом катионы щелочных и щелочно-земельных металлов, а также органические катионы замещенных солей аммония. Определение многих других катионов оказывается ненадежным, т.к. они выпадают в осадок в компенсационной колонке с сильноосновной смолой.

Тонкослойная и бумажная хроматографии. В методе тонкослойной хроматографии (ТСХ) неподвижная твердая фаза тонким слоем наносится на стеклянную, металлическую или пластмассовую пластинку. В 2-3 см от края пластинки на стартовую линию вносят пробу анализируемой жидкости и край пластинки погружают в растворитель, который действует как подвижная фаза жидкостной адсорбционной хроматографии. Под действием капиллярных сил растворитель движется вдоль слоя сорбента и с разной скоростью переносит компоненты смеси, что приводит к их пространственному разделению. Диффузия в тонком слое происходит в продольном и поперечном направлениях, поэтому процесс следует рассматривать как двухмерный. Сорбционные свойства системы в ТСХ характеризуются подвижностью R_f, которая рассчитывается из экспериментальных данных по уравнению:

(2)

где: х₁ – расстояние от стартовой линии до центра зоны;

х_f – расстояние, пройденное за это же время растворителем.

 

На практике часто пользуются относительной величиной:

(3)

где: R_{f, ст} – также рассчитывается по уравнению (2).

Стандартное вещество (свидетель) в том же растворителе наносится на стартовую линию рядом с анализируемой пробой и, таким образом, хроматографируется в тех же условиях.

Количественные определения в ТСХ могут быть сделаны или непосредственно на пластинке, или после удаления вещества с пластинки. При непосредственном определении на пластинке измеряют тем или иным методом площадь пятна (например, с помощью миллиметровой кальки) и по заранее построенному градуировочному графику находят количество вещества.

Применяют также прямое спектрофотометрирование пластинки с помощью спектроденситометров. Для количественных расчетов также предварительно строят градуировочный график, используя оптическую плотность в центре пятна.

Наиболее точным считается метод, в котором вещество после разделения удаляется с пластинки и анализируется спектрофотометрическим или иным методом. Удаление вещества с пластинки обычно производят механическим путем, хотя иногда применяют вымывание подходящим растворителем.

В настоящее время ТСХ является одним из важных методов аналитической химии. Это непревзойденный метод анализа сложных смесей: он прост по методике выполнения и аппаратуре, экспресен, не требует для анализа больших количеств веществ.

Бумажная хроматография во многом схожа с хроматографией в тонком слое (ТСХ). Важной характеристикой в бумажной распределительной хроматографии, так же как и в ТСХ, является R_f = x/x_f, где х – смещение зоны компонента, x_f – смещение фронта растворителя. Методика определения R_f в бумажной хроматографии не отличается от соответствующей методики в ТСХ.

По технике выполнения различают следующие виды бумажной хроматографии: одномерную, двухмерную, круговую и электрофоретическую.

Качественный состав пробы в методе бумажной распределительной хроматографии так же, как и в ТСХ, может быть установлен или по специфической окраске отдельных пятен на хроматограмме, или по числовому значению R_f каждого компонента. Качественное определение в данном методе, так же как и в ТСХ, выполняется или по хроматографическим характеристикам (площади пятна на хроматограмме и интенсивности его окраски), или по методу вымывания. Методами бумажной хроматографии успешно анализируют смеси катионов в неорганическом качественном анализе, смеси аминокислот и других органических кислот, смеси красителей и т.д.

Газовая и жидкостная хроматография. Методами газовой хроматографии анализируют нефтяные и рудные газы, воздух, продукцию основной химии и промышленности органического синтеза, нефть и продукты ее переработки. Методами жидкостной хроматографии определяют состав нефти, керосина, углеводородов, эффективно разделяют транс- и цис-изомеры, алкалоиды и т.д. Методы анализа успешно используются в медицине, биологии, в технологии переработки древесины, в лесохимии и пищевой промышленности, а также в автоматизации производственных процессов.

Количественный хроматографический анализ основан на измерении различных параметров пика, зависящих от концентрации хроматографируемых веществ – высоты, ширины, площади и удерживаемого объема или произведения удерживаемого объема на высоту пика.

В жидкостной адсорбционной хроматографии, как и в газовой, идентификация веществ производится по характеристикам удержания, а количественный анализ основан на измерении высоты или площади хроматографического пика.

Основными в количественной хроматографии являются методы: простой нормировки, нормировки с калибровочными коэффициентами, внутренней стандартизации и абсолютной калибровки. Рассмотрим более подробно метод простой нормировки.

При использовании метода простой нормировки применяют сумму каких-либо параметров пиков, например, сумму высот всех пиков или сумму их площадей за 100%. Тогда отношение высоты отдельного пика к сумме высот или отношение площади одного пика к сумме площадей, умноженное на 100, будет характеризовать массовую долю (%) компонента в смеси. Вполне понятно, что такой метод предполагает существование одинаковой зависимости величины измеряемого параметра от концентрации для всех компонентов смеси.

Пример: Определить массовую долю (%) гексана в смеси гексен-1 и гексан, если их площади хроматографических пиков равны: S₁=5 и S₂=10 см², соответственно.

Решение: Сумму их площадей применяем за 100%. Тогда массовая доля (%) гексана в указанной смеси вычисляется по формуле:

(1)

где: S₁ – площадь хроматографического пика гексена-1;

S₂ – площадь хроматографического пика гексана.

Подставляя значение S₁ и S₂ в уравнение (1):

В таблице 20 предложены задания для самостоятельного выполнения.

Таблица 20

Определить массовую долю (%) каждого вещества в указанной смеси, используя приведенные значения площадей хроматографических пиков (S)

№	Смеси веществ (углеводородов)	Значение площадей хроматографических пиков
S1	S2	S3
	Пентан – пентен			-
	Пентен – пентин			-
	Пентан – пентин			-
	Пентан – пентен – пентин
	Гексан – гексен			-
	Гексен – гексин			-
	Гексан – гексин			-
	Гексан – гексен – гексин
	Гептан – гептен
	Гептен – гептин
	Гептан – гептин
	Гептан – гептен – гептин
	Октан – октен
	Октен – октин
	Октан – октин